KR102261363B1 - 저압 egr 시스템의 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저압 EGR 시스템의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 발명이다. 본 발명에서는, EGR의 실시를 중지하거나 목표 EGR률을 감축하는 경우, EGR 가스 순환 경로 상의 배기 가스가 불필요하게 실린더 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있도록, 배기 밸브와 흡기 밸브의 타이밍을 조절하여, 배기 포트로부터 실린더 내부로 유입되는 내부 EGR량을 감소시켜 불필요한 외부 EGR 가스량을 보상함으로써, 연소 안정화를 도모한다.

Description

저압 EGR 시스템의 제어 장치 및 제어 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLING LOW PRESSURE EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM}
본 발명은 저압 EGR(Low Pressure Exhaust Gas Recirculation) 시스템 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저압 EGR의 실시 중지 시에 불필요한 외부 EGR 가스 유입으로 인한 연소 불안정을 해소할 수 있는 저압 EGR 시스템의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
최근 내연 기관에는 특허문헌 1에서 개시되어 있는 바와 같이, 배기가스의 일부를 다시 흡기계로 재순환시켜 연소시 최고 온도를 낮추어 줌으로써, NOx의 발생을 억제하고 연비를 향상시킬 수 있는 저압 EGR 시스템이 장착되고 있다. 도 8에서 도시된 바와 같이,이러한 EGR 시스템은 엔진의 회전수(RPM)가 1000rpm~4000rpm이고, 엔진의 출력이 약 30~80%인 영역을 주요한 작동 영역으로 하고 있다.
차량의 운전 상태가 위 저압 EGR의 작동 영역을 벗어나게 되면 저압 EGR의 실시를 중지하게 되어, 저압 EGR 밸브에 의해 흡기계로 유입되던 배기 가스의 유입이 중단된다. 그런데, 예컨대, 저압 EGR 밸브에 의해 목표 EGR률이 최대 30%까지 이르도록 외부 EGR량을 사용하고 있다가, 차량의 감속 조건이 발생한 후, 엔진의 회전수가 아이들 회전수로 진입하게 되면, 목표 EGR률이 0%로 천이되어, EGR 제어는 중지되게 되지만, 배기 측에서 흡기측으로 연결된 재순환 관의 길이가 길기 때문에, 재순환 관 내부의 배기 가스가 관성에 의해 그대로 실린더에 유입되어 계산된 공기보다 더 많은 공기가 실린더 내부로 유입되게 된다. 그리고 이러한 불필요한 EGR 공기량의 연소실 내부로의 유입은 연소 불안정을 야기시킬 수 있고, 이에 의해, 엔진 내부에서의 실화 발생 및 시동 꺼짐 현상들이 발생될 수 있다.
도 7의 그래프에서는, 저압 EGR 밸브 제어에 의한 목표 EGR율이 10%에서 0%까지 천이 시에 엔진의 회전수 별로 배기 가스 유입이 완전 중지되기까지 걸리는 시간을 나타내고 있다. 도 6에 의하면, 엔진의 회전수가 낮을수록 외부 EGR 가스가 실린더 내부로 유입되는 시간이 증가하게 됨을 알 수 있으며, 특히, 엔진의 회전수가 1500rpm인 경우, 목표 EGR량 변화에 따라 저압 EGR 밸브를 제어한 후 배기 가스의 유입이 완전히 중단되기 까지에는 0.9초의 시간 지연이 발생하게 된다. 이러한 불필요한 외부 EGR 가스의 실린더 내부로의 유입 시에는 연소 불안이 발생하게 되어, 실화 및 시동 꺼짐의 원인이 된다.
특허문헌 1: 대한민국 공개특허공보 제2012-0040050호(2012.4.26.)
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 저압 EGR의 실시 중지 시에 불필요한 외부 EGR 가스 유입으로 인한 연소 불안정을 해소할 수 있는 저압 EGR 시스템의 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 저압 EGR 시스템의 제어 장치는, 차량의 운전 상태를 검출하기 위한 운전 정보 검출부; 저압 EGR 밸브에 의해 제어되는 외부 EGR량을 검출하는 EGR량 검출부; 및 운전 정보 검출부 및 EGR량 검출부에서 검출된 결과에 기초하여, 상기 저압 EGR 밸브, 엔진의 흡기 밸브 및 배기 밸브를 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는 외부 EGR량 축소 시에, 소정 시간 동안, 배기 포트를 통해 기통 내부로 유입되는 내부 EGR량을 저감하도록, 흡기 밸브 및 상기 배기 밸브의 타이밍을 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어부는, 저압 EGR을 중지시켜, 외부 EGR량을 0으로 천이시키는 경우에, 내부 EGR량을 저감하도록 흡기 밸브 및 배기 밸브의 타이밍을 제어한다.
바람직하게는, 상기 내부 EGR량을 저감하는 제어는 흡기 밸브의 타이밍을 지각시키고, 배기 밸브의 타이밍을 진각시켜 밸브 오버랩을 축소함으로써 행해진다.
바람직하게는, 상기 밸브 오버랩의 축소는 흡기 밸브의 타이밍을 상사점(Top Dead Center)으로부터 소정의 각도만큼 지각 제어하고, 배기 밸브의 타이밍을 상사점으로부터 소정의 각도만큼 진각 제어함으로써 이루어진다.
바람직하게는, 상기 흡기 밸브의 상기 지각 각도 및 상기 배기 밸브의 진각 각도의 범위는 0°~5°이다.
바람직하게는, 상기 운전 정보 검출부에서는 차량의 엑셀 페달의 개도, 차속, 엔진 회전수(RPM) 및 스로틀 밸브의 개도 중 적어도 어느 하나 이상을 검출하도록 한다.
바람직하게는, 상기 내부 EGR량을 저감하기 위한 소정의 시간은 운전 정보 검출부에서 검출되는 엔진의 회전수에 따라 결정된다.
바람직하게는, 상기 내부 EGR량을 저감하기 위한 제어는, EGR량 검출부에서 검출되는 외부 EGR량에 근거한 현재의 EGR율과 목표 EGR율의 차이가 임계값보다 큰 경우에 실시된다.
바람직하게는, 상기 내부 EGR량을 저감하기 위한 제어는, 엔진의 회전수가 아이들 회전수 영역에 속하는 경우에 실시된다.
바람직하게는, 상기 제어부는 목표 EGR율에 대응되는 제어 듀티를 저압 EGR 밸브에 인가하는 것과 더불어, EGR량 검출부에서 저압 EGR의 EGR 공기량을 검출하여 점화 코일의 점화 타이밍 제어 및 토크 제어를 실시한다.
바람직하게는, 상기 제어부는 공기 과잉률(λ)이 1이 되도록 엔진에 공급되는 연료과 공기의 비율을 제어한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 저압 EGR 시스템의 제어 방법은, 저압 EGR의 중지 여부를 판단하는 단계; 저압 EGR을 중지할 때에, 엔진의 흡기 밸브 및 배기 밸브의 타이밍을 제어함으로써, 흡기 밸브와 배기 밸브의 밸브 오버랩에 의해 배기 포트로부터 엔진의 실린더 내부로 공급되는 내부 EGR량을 소정 시간 동안 축소하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 저압 EGR 시스템의 제어 방법은, 현재의 EGR율과 목표 EGR율의 차이가 임계값을 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및 현재의 EGR율과 목표 EGR율의 차이가 임계값을 초과하는 경우에, 엔진의 흡기 밸브 및 배기 밸브의 타이밍을 제어함으로써, 흡기 밸브와 배기 밸브의 밸브 오버랩에 따른 내부 EGR량을 소정 시간 동안 축소하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 저압 EGR의 중지 여부를 판단하는 단계는, 차량의 엑셀 페달의 개도, 차속, 엔진 회전수(RPM) 및 스로틀 밸브의 개도 중 적어도 어느 하나 이상을 검출하여 판단되는 차량의 운전 상태에 근거하여 실시된다.
바람직하게는, 상기 내부 EGR량을 소정 시간 동안 축소하는 단계는, 소정 시간 동안 흡기 밸브의 타이밍을 소정의 각도만큼 지각 제어하고, 배기 밸브의 타이밍을 소정의 각도만큼 진각 제어함으로써 실시된다.
바람직하게는, 상기 내부 EGR량을 소정 시간 동안 축소하는 단계는, 엔진의 회전수가 아이들 회전수 영역에 속하는 경우에 실시된다.
바람직하게는, 상기 내부 EGR량을 소정 시간 동안 축소하는 단계를 실시한 후, 저압 EGR 재개 시에는, 목표 EGR량을 달성하도록 저압 EGR 밸브를 목표 위치로 제어하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 저압 EGR 밸브를 목표 위치로 제어한 후, 저압 EGR의 EGR 공기량을 검출하여 엔진의 점화 타이밍 제어 및 토크 제어를 실시하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 내부 EGR량을 소정 시간 동안 축소하는 단계에서는, 차량의 엔진의 회전수를 검출하고, 검출된 엔진의 회전수에 따라 결정되는 시간 동안 내부 EGR량을 축소하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 저압 EGR 시스템의 제어 방법.
본 발명에 따르면, 저압 EGR 시스템의 EGR 중지 시에 기통 내부로 유입되는 불필요한 EGR 가스로 인한 연소 안정성 저하를 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 운전 구간에 따라 외부 EGR 축소 시에 목표 EGR량과 현재의 EGR량의 차이가 소정치 이상인 경우, 일정 구간 동안 밸브 오버랩을 축소시킴으로써, 과잉 외부 EGR 가스 공급에 따른 시동 꺼짐 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제어 장치 및 제어 방법에 의해 제어되는 저압 EGR 시스템을 포함하는 터보 엔진 시스템을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 제어 장치 및 제어 방법에 의해 흡기 밸브 및 배기 밸브의 타이밍을 조절하기 위한 연속가변밸브 타이밍 장치를 도시한 구성도.
도 3은 흡기 밸브와 배기 밸브의 흡, 배기 타이밍을 간략하게 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 EGR 시스템의 제어 장치의 구성을 나타내는 블럭도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 EGR 시스템의 제어 방법을 도시한 순서도.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 저압 EGR 시스템의 제어 방법의 실시에 따른 흡기 밸브와 배기 밸브의 타이밍 변화를 간략히 나타내는 도면이다.
도 7은 저압 EGR 정지 시의 시간에 따른 EGR량 변화를 도시한 그래프.
도 8은 저압 EGR 시스템의 작동 영역을 나타내는 그래프.
이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 제어 장치 및 제어 방법에 의해 제어되는 저압 EGR 시스템을 포함하는 터보 엔진 시스템의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 저압 EGR 시스템은 배기가스 정화를 위한 촉매 컨버터(12) 후단의 배출 가스를 컴프레서(7) 전단으로 재순환시키기 위한 외부 EGR 시스템을 포함한다.
먼저 터보 엔진 시스템 내부로 외기가 공급되며, 공급되는 외기의 유입량은 바람직하게는 HFM(Hot Film Mass air flow) 센서(1)를 통해 측정된다. 유입된 외기는 터보 차저의 컴프레서(7)에 의해 압축되어 과급된다. 그리고 과급된 공기는 인터쿨러(8)에 의해 소정의 온도로 냉각된다.
인터쿨러(8)를 통해 냉각된 공기는 도시되지 않은 연료탱크로부터 공급되는 연료와 혼합기를 형성하도록 기화기로 유입된다. 기화기로의 공기의 공급량은 스로틀 밸브(9)에 의해 조절된다. 연료와 혼합된 혼합기는 실린더(10) 내부의 피스톤 및 흡기 밸브의 동작에 따라 엔진의 실린더(10) 내부의 연소실로 공급되어, 피스톤에 의해 압축되고, 연소된다.
실린더(10) 내부의 연소실에서 연소되어 생성된 배기 가스는 배기 밸브의 동작에 의해 실린더(10) 내부로부터 배기 포트로 배출된다. 여기서 배출되는 배기 가스의 일부는 터보 차저의 터빈(11)으로 유입되어 터빈(11)을 회전시키게 되고, 터빈(11)과 동축으로 연결된 컴프레서(7)에 의해 상술한 바와 같이, 신기를 과급하게 된다.
그리고, 배출되는 배기 가스는 촉매 컨버터(12)에 의해 후처리 된 후 차량의 외부로 배출되게 된다.
한편, 터보 엔진 시스템에서는 위 배기계로 배출되는 배기 가스의 일부를 추출하여 엔진의 흡기계로 공급함으로써 배기가스를 재순환시키는 외부 EGR을 포함하는 저압 EGR 시스템을 구비하고 있다. 이러한 저압 EGR 시스템에서는 터보 차저 후단의 배출 가스를 재순환시킴으로써, 고속 고부하의 운전 조건에서도 터보 효율을 약화시키지 않고, 다량의 배출 가스를 공급할 수 있어 NOx 저감 및 연비 저감의 효과가 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 저압 EGR 시스템의 외부 EGR은 흡기계로의 배기가스의 재순환량을 조절하는 저압 EGR 밸브(4) 및 EGR 경로를 통해 재순환되는 고온의 배기 가스를 냉각시켜 흡기계를 통해 엔진으로 유입시키는 EGR 쿨러(6)를 포함한다.
그리고, 저압 EGR 밸브(4)의 배기가스 흐름 방향의 하류 측이며, 컴프레서(7)의 유입 공기 상류측 위치에는 해당 위치에서의 공기의 압력을 제어하기 위한 차압 생성 밸브(2)가 구비된다. 차압 생성 밸브(2)는 저압 EGR 밸브(4)의 후단 및 컴프레서(7) 상단에서의 압력을 낮추어 외부 EGR 가스의 유입량을 증가시키기 위해 장착된다. 일반적인 경우, 차압 생성 밸브(2)는 100% 개도로 개방되어 있으며, EGR을 사용하는 도중 EGR량이 감소하면 차압 생성 밸브(2)가 소정 개도로 닫히게 되어 EGR 유량을 증가시키게 된다. 한편, 저압 EGR 밸브(4)의 상류 측과 하류 측에서의 발생하는 차압은 차압 센서(5)에 의해 검출된다.
그리고, 저압 EGR 밸브(4)와 컴프레서(7) 사이에는 배기온 센서(3)가 장착되어, 배기계로부터 흡기계로 재순환되는 배기 가스의 온도를 측정하게 된다.
또한, 후술하는 바와 같이 저압 EGR 밸브의 개도와 흡기 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저압 EGR 시스템 제어 장치의 제어부(500)에 의해 제어된다.
앞서 살펴본 도 1에서 도시된 저압 EGR 시스템은 외부 순환 경로를 통해, 배기계로 배출되는 배출 가스를 컴프레서(7) 전단으로 순환시키는 외부 EGR 시스템이다. 한편, 엔진의 실린더(10)에 배치된 배기 밸브를 흡기 행정 중에 다시 밸브 개방하게 되면, 실린더(10) 내부로부터 배기 포트로 배출되는 연소 가스의 일부를 다시 실린더(10) 내로 재도입할 수 있다. 이하에서는 이를 도 1에서 도시된 외부 EGR과 구분 지어 내부 EGR이라고 한다.
상술한 바와 같이, 내부 EGR은 흡기 밸브가 개방되는 흡기 행정 중에 배기 밸브를 개방하는 경우, 즉 밸브 오버랩 시에 배기 포트를 통해 배기 가스의 일부를 실린더(10) 내부로 다시 도입하는 것이므로, 내부 EGR량은 밸브 오버랩의 정도와 관련된다. 또한, 밸브 오버랩을 조절하기 위해서는 흡기 밸브와 배기 밸브의 타이밍을 진각 또는 지각 방향으로 제어하여야 하는 데, 도 2에서는 이를 위한 연속가변밸브 타이밍 기구를 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 연속가변밸브 타이밍 기구는, 캠 샤프트(200)의 일단과 연결되는 가변밸브 기구(100), 오일 컨트롤 밸브(300), 크랭크 각도 및 캠 각도 검출 수단(400) 및 위 요소들을 제어하기 위한 상술한 제어부(500)로 구성된다.
또한, 가변밸브 기구(100)는, 하우징(110)과, 도시되지 않은 흡·배기 밸브의 캠 샤프트(200)의 일단과 연결되고 하우징(110)의 내주에 삽입되는 로터 베인(120)으로 구성된다.
하우징(110)의 내부에는 로터 베인(120)의 각 베인으로 나누어진 공간인, 다수의 진각실(130)과 지각실(140)이 형성되어 있다. 그리고, 로터 베인(120)의 복수의 베인 중 적어도 일부에는 내연 기관의 크랭크 샤프트(도시되지 않음)에 대한 캠 샤프트(200)의 회전 위상을 특정 각도로 고정하기 위한 록 기구(150)가 형성되어 있다.
연속가변밸브 타이밍 기구는 오일 컨트롤 밸브(300)로부터 진각 유로(135) 및 지각 유로(145)를 통해 가변밸브 기구(100)의 진각실(130) 및 지각실(140)로 공급되는 오일의 공급량을 조절함으로써, 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트(200)의 회전 위상을 최진각 위상과 최지각 위상 사이에서 변화시켜 밸브 타이밍을 가변시킨다.
보다, 구체적으로는, 밸브 타이밍을 진각 모드로 변경시킬 경우, 오일 컨트롤 밸브(300)는 지각실(140)로 오일이 공급되는 지각유로(145)를 차단하는 한편, 듀티 제어에 따라 진각실(130)로의 진각 유로(135)를 개방하여 진각실(130)에 오일을 공급해 진각실 (130) 내의 유압을 변화시킴으로써, 캠 샤프트의 위상을 진각시킨다.
또한, 밸브 타이밍을 지각 모드로 변경시킬 경우, 오일 컨트롤 밸브(300)는 진각실(130)로 오일이 공급되는 진각유로(135)를 차단하는 한편, 듀티 제어에 따라 지각실(140)로의 지각 유로(145)를 개방하여 지각실(140)에 오일을 공급해 지각실 (140) 내의 유압을 변화시킴으로써, 캠 샤프트의 위상을 지각시킨다.
연속가변밸브 타이밍 기구의 제어를 위해 제어부(500)는 엔진의 회전 대역에 따라 최적의 밸브 타이밍을 산출하여 이를 기초로 목표 밸브 타이밍을 설정한다. 그리고, 목표 밸브 타이밍에 도달할 수 있도록 필요한 캠 샤프트(200)의 회전 위상 변경 각도를 산출하고, 이를 기초로 오일 컨트롤 밸브(300)를 제어한다. 또한 본 발명에 따른 저압 EGR 시스템의 제어 장치에 따르면 제어부(500)는 저압 EGR의 EGR 중지 시 또는 외부 EGR량의 축소 시에 일정 조건에 따라 밸브 오버랩을 축소시켜 내부 EGR량을 감소시키도록 흡기 및 배기 밸브의 캠 샤프트(200)의 회전 위상을 조절하는 타이밍 제어를 실시한다.
도 2에서 도시된 연속가변밸브 타이밍 기구를 이용하면 도 3에서 도시된 바와 같이, 흡기 밸브와 배기 밸브의 타이밍을 진·지각 제어하는 것이 가능하다. 특히, 소정의 각도로 배기 밸브를 진각시키는 것과 더불어 소정의 각도로 흡기 밸브를 지각시키는 경우, 흡기 밸브와 배기 밸브 사이의 밸브 오버랩은 축소되게 된다. 또한 그에 따라 밸브 오버랩에 근거하는 내부 EGR량도 줄어들게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 EGR 시스템의 제어 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 4의 도시 내용에 따르면 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 EGR 시스템의 제어 장치는 차량의 운전 상태를 검출하기 위한 운전 정보 검출부, 저압 EGR 밸브(4)에 의해 제어되는 외부 EGR량을 검출하는 EGR량 검출부 및 운전 정보 검출부 및 EGR량 검출부에서 검출된 결과에 기초하여, 저압 EGR 밸브(4), 엔진의 흡기 밸브 및 배기 밸브를 제어하는 제어부(500)를 포함한다.
운전 정보 검출부에서는 차량의 엑셀 페달의 개도, 차속, 엔진 회전수(RPM) 및 스로틀 밸브의 개도 중 적어도 어느 하나 이상을 검출하여 현재 차량의 운전 상태를 검출한다.
EGR량 검출부는 외부 EGR량 계측부를 포함하고, 외부 EGR량 계측부에서는 저압 EGR 밸브(4)의 개도량, 배기온 센서(3)에 의해 측정되는 배기 가스 온도, 차압 센서(3)에 의해 측정되는 저압 EGR 밸브(4)의 상류와 하류 사이의 차압 및 이를 통해 측정되는 EGR 가스 공기량 등을 토대로 외부 EGR량을 검출한다.
또한, EGR량 검출부는 바람직하게는, 흡기 밸브와 배기 밸브 사이의 밸브 오버랩 및 실린더 내부의 공기량 등에 근거하여 내부 EGR량을 계측해 내는 내부 EGR량 계측부를 더 포함할 수 있다.
제어부(500)는 운전 정보 검출부 및 EGR량 계측부에서 계측된 정보를 바탕으로 목표로 하는 외부 EGR량 및 내부 EGR량을 결정하는 한편, 목표 EGR율이 달성될 수 있도록, 저압 EGR 밸브(4) 및 연속가변밸브 타이밍 기구를 제어하는 제어 듀티를 생성한다.
저압 EGR 시스템의 제어부(500)에 의해 이루어지는 구체적인 제어 방법에 대해서는 도 5를 참조하여 이하에서 구체적으로 설명한다.
도 5는 도 4에서 도시된 제어부에 의해 행해지는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 EGR 시스템의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
제어부(500)는 우선 운전 조건 검출부를 통해 엑셀 페달 개도량과 차속, 엔진의 회전수(RPM) 및 스로틀 밸브(9)의 개도를 검출(S10 내지 S40)한다. 엑셀 페달의 개도량, 차속, 엔진의 회전수 및 스로틀 밸브(9)의 개도등의 검출 정보를 이용하여 미리 설정된 맵으로부터, 저압 EGR 밸브(4)의 개도를 제어함으로써 얻어지는 목표 외부 EGR율을 결정하게 된다.
한편, 제어부(500)는 스로틀 밸브(9)의 개도를 통해 현재 흡기계로 공급되는 공기량을 측정(S50)하는 한편 저압 EGR 밸브(4)의 현재의 개도량을 측정(S60)함으로써, 현재 배기계의 촉매 컨버터(12)의 하류로부터 저압 EGR 밸브(4)를 통해 컴프레서(7)의 상류로 공급되는 외부 EGR을 통한 현재의 EGR율을 계측한다. 여기서 바람직하게는, 앞서 검출된 차량의 운전 정보와 관련된 계측치, 저압 EGR 밸브(4)의 상류와 하류 사이의 차압을 측정하는 차압 센서(5) 및 배기온 센서(3)에 의해 측정되는 EGR 가스의 온도 등의 계측 정보를 통해, 현재의 EGR율을 보다 정확하게 판정할 수 있다.
다음으로 제어부(500)는 이전 단계에서 취득한 정보들을 통해, EGR을 중지할 것인지 여부를 판단한다. 만약 현재의 차량의 운전 조건이 EGR을 실행하기에 적합하지 않거나, 도 8에서 도시한 EGR의 운전 영역을 벗어나게 되는 경우, 제어부(500)는 목표 EGR율을 0%(즉, 외부 EGR량을 0으로 제어)로 하는 제어 듀티를 저압 EGR 밸브(4)에 송신하여 EGR을 중지하게 된다.
만약, 이전 단계에서 취득한 정보들을 통해, EGR의 실시를 중지할 필요가 있다고 판단되어, EGR을 실시를 중지하게 되는 경우, 제어부(500)는 앞서의 단계 S50 및 S60에서 계측된 현재의 EGR율과 단계 S10 내지 S40에서 검출된 운전 정보에 의해 검출된 목표 EGR율의 차이가 소정의 임계값을 초과하고 있는지 여부를 판단(S80)한다. 목표 EGR률과 현재의 EGR률의 차이가 소정의 임계값을 초과하는 경우, 앞서 살펴본 도 7의 예(목표 EGR률이 0%이고, 현재의 EGR률이 10%)와 같이, 외부 EGR량이 0이 될 때까지 소정의 지연 시간이 존재하게 된다. 그리고, 해당 지연 시간 동안에는 저압 EGR 밸브(4)의 개도가 0%가 되어 완전 폐쇄되게 됨에도 불구하고, EGR 가스의 외부 순환 경로 상에서 존재하고 있던 배기 가스가 관성에 의해 계속 실린더(1) 내부로 유입되게 된다. 그리고, 이러한 지연 시간은 현재의 EGR율과 목표 EGR율이 차이가 클수록 커지게 된다.
이러한 불필요한 외부 EGR 가스가 유입되면 연소 불안이 발생하여, 실화나 시동 꺼짐의 원인이 되게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 저압 EGR 시스템의 제어 방법에서는, 상기한 연소 불안을 해소하기 위하여, 후술하는 바와 같이, 배기 포트를 통해 실린더(10) 내부로 유입되는 내부 EGR량을 감축함으로써, 불필요한 외부 EGR 가스 유입에 대한 추가 보상을 실시한다.
따라서, 제어부(500)는 단계(S80)에서, 현재의 EGR율과 목표 EGR율의 차이가 미리 정해진 소정값을 초과하고 있는지 여부를 판단하여, 후술하는 내부 EGR량 감소를 위한 제어(S100 내지 S130)를 실시할 것인지 여부를 판단하는 것이다.
내부 EGR량 감소를 위한 제어(S100 내지 S130)를 실시하기에 앞서, 바람직하게는 제어부(500)는 엔진의 회전수가 아이들 회전수 영역에 속하는지 여부를 판단한다(S90). 흡기 밸브와 배기 밸브 사이의 밸브 오버랩 시에는, 흡기 포트를 통해 공급되는 신기 성분이 곧바로 배기 포트로 전달되는 소기 상태(scavenging)가 발생하게 된다. 이러한 소기 상태는 연료 충진 효율 향상 및 토크 향상을 위해 일반적으로 이용된다. 따라서, 만약 내부 EGR량을 감축하기 위하여 밸브 오버랩을 축소시키게 되면, 소기 상태를 이용한 상술한 토크 향상의 효과가 저감되게 된다. 한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 엔진의 회전수가 저하될수록 실린더(10)로 유입되는 외부 EGR량이 완전히 0이 될때까지 소요되는 시간이 증가하게 되어, 연소 불안에 미치는 영향이 커지게 된다. 따라서, 바람직하게는 제어부(500)는 엔진의 회전수가 아이들 회전수에 해당할 때에 한해, 후술하는 내부 EGR량 감소를 위한 제어(S100 내지 S130)를 실시하도록 할 수 있다.
제어부(500)는 엔진의 회전수가 아이들 회전수 영역에 속하는 것으로 판단되는 경우, 내부 EGR량 감소를 위한 제어(S100 내지 S130)를 실시한다. 이를 위해서 제어부(500)는, 상술한 연속가변밸브 타이밍 기구의 오일 컨트롤 밸브(300)를 제어함으로써, 흡기 밸브의 열림 위치를 소정의 각도만큼 지각(S110)시키는 한편, 배기 밸브의 닫힘 위치를 소정의 각도만큼 진각(S120)시키는 제어를 실시한다. 보다 바람직하게는 엔진의 피스톤의 상사점(TDC: Top Dead Center)으로부터 0~5°범위로 흡기 밸브와 배기 밸브를 각각 지각 및 진각 제어하는 것이 연소 안정성 유지에 좋다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 저압 EGR 시스템의 제어 방법의 실시에 따른 흡기 밸브와 배기 밸브의 타이밍 변화를 간략히 나타내고 있다. 도 6a 내지 도 6c에서 도시된 밸브 타이밍의 경우, 내부 EGR 감소 제어 이전에는 흡기 밸브의 타이밍이 엔진의 피스톤의 상사점으로부터 26°진각되어 있고, 배기 밸브의 타이밍이 엔진의 피스톤의 상사점으로부터 42°지각되어 밸브 오버랩이 형성되어 있었다. 그리고, 본 발명에 따른 제어 방법에 의해 내부 EGR을 감소하는 제어를 실시하는 경우, 흡기 밸브의 타이밍이 엔진의 피스톤의 상사점으로부터 5°지각되도록 제어되고, 배기 밸브의 타이밍이 엔진의 피스톤의 상사점으로부터 5°진각되도록 제어 되어 밸브 오버랩이 축소되게 된다.
한편, 바람직하게는 상술한 흡기 밸브 및 배기 밸브의 진지각 제어를 통한 내부 EGR량 감소 제어는, EGR 중지 시에 외부 EGR량이 완전히 0이 되기까지 걸리는 지연 시간만큼 수행되게 된다. 따라서, 제어부(500)는 내부 EGR량 감소 제어가 실시하는 동안의 시간을 계측(S130)하고, 해당 소요 시간이 상술한 지연 시간에 대응하는 설정값을 초과하였는지 여부를 판단한다(S100). 도 7에서 도시된 바와 같이, EGR 중지 시에 외부 EGR량이 완전히 0이 되기까지 걸리는 지연 시간은 현재의 엔진의 회전수에 따라 달라지게 된다. 예컨대, 도 7에서 도시된 예에서는, 엔진의 회전수가 1500rpm인 경우, 0.9초, 3000rpm인 경우 대략 0.6초가 소요된다. 따라서, 지연 시간에 대응되는 상기한 미리 정해진 설정값도 현재의 엔진의 회전수에 따라 결정되게 된다.
지연 시간에 대응되는 설정된 시간만큼 내부 EGR량 감소를 위한 제어를 실시하였거나, 또는 내부 EGR량 감소를 위한 제어 실시할 필요가 없다고 판단된 경우, 제어부(500)는 본래 목표로 하는 EGR률이 달성될 수 있도록 저압 EGR 시스템을 제어한다(S140). 이를 위해 제어부(500)는 목표 EGR률이 달성될 수 있도록 하는 제어 듀티를 저압 EGR 밸브(4)에 가하여 그 개도를 조절한다.
목표 EGR률을 달성할 수 있도록 저압 EGR 시스템을 제어한 후, 제어부(500)는 상술한 외부 EGR량 계측부를 통해 EGR 공기량을 측정한다(S150). 그리고, 제어부(500)는 측정된 EGR 공기량 및 차량의 운전 정보에 근거하여, 스로틀 밸브(9)를 제어함으로써, 공기 과잉률(λ) 제어를 실시한다. 연비 향상 및 배기 가스 저감을 위한 관점에서 공기 과잉률은, 엔진 내부로 공급되는 공기와 연료의 비율이, 실제 흡입된 공기량이 이론상 완전 연소에 필요한 공기량에 대응(λ=1)되도록 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 바람직하게는 제어부(500)는 현재 EGR률에 근거하여 최적의 점화 타이밍의 제어가 가능하도록, 엔진의 점화 코일을 제어(S170)하고, 또한 현재 EGR률에 근거하여 미리 설정된 맵에 따라 엔진의 출력 토크를 제어(S180)한다.
도 5에서 도시된 실시예에서는 EGR을 중지하는 경우에, 연소 안정성 확보를 위해 내부 EGR을 저감하는 제어에 대해서 나타내고 있으나, 본 발명에 이러한 실시예에 한정되지 않는다. EGR을 중지하지 않은 경우에도, 운전 상황에 따라 EGR률을 감축하여야 하는 경우에, 감축되는 목표 EGR률과 현재의 EGR률의 차이가, 안정적인 연소를 위해 미리 정해진 임계값을 초과하는 경우에는, 도 7에서 도시된 것과 동일하게 목표로 하는 외부 EGR량을 초과하는 불필요한 외부 EGR 공기가 실린더(10) 내부로 유입될 수 있고 이에 의해 시동 꺼짐 등의 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 이러한 경우에도, 본 발명에서는 상술한 내부 EGR을 저감하기 위한 제어(단계 S100~S130)를 수행함으로써, 불필요한 외부 EGR 가스 유입에 따른 추가 보상을 수행하여, 연소 안정성을 확보할 수 있다.
1: HFM 2: 차압 생성 밸브
3: 배기온 센서 4: 저압 EGR 밸브
5: 차압 센서 6: EGR 쿨러
7: 컴프레서 8: 인터쿨러
9: 스로틀 밸브 10: 엔진(실린더)
11: 터빈 12: 촉매 컨버터
100: 가변밸브 기구 110: 하우징
120: 로터 베인 130: 진각실
135: 진각 유로 140: 지각실
145: 지각 유로 150: 록 기구
200: 캠 샤프트 300: 오일 컨트롤 밸브
400: 크랭크 각도 및 캠 각도 검출 수단 410: 캠 샤프트 회전 각도 센서
420: 크랭크 샤프트 회전 각도 센서 500: 제어부

Claims (19)

  1. 차량의 운전 상태를 검출하기 위한 운전 정보 검출부;
    저압 EGR 밸브에 의해 제어되는 외부 EGR량을 검출하는 EGR량 검출부; 및
    상기 운전 정보 검출부 및 EGR량 검출부에서 검출된 결과에 기초하여, 상기 저압 EGR 밸브, 엔진의 흡기 밸브 및 배기 밸브를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는 외부 EGR량 축소 시에, 소정 시간 동안, 배기 포트를 통해 기통 내부로 유입되는 내부 EGR량을 저감하도록 상기 흡기 밸브 및 상기 배기 밸브의 타이밍을 제어하고,
    상기 내부 EGR량을 저감하기 위한 상기 소정 시간은 상기 운전 정보 검출부에서 검출되는 상기 엔진의 회전수에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 저압 EGR 시스템의 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는, 저압 EGR을 중지시켜, 외부 EGR량을 0으로 천이시키는 경우에, 내부 EGR량을 저감하도록 상기 흡기 밸브 및 상기 배기 밸브의 타이밍을 제어하는 것을 특징으로 하는 저압 EGR 시스템의 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부 EGR량을 저감하는 제어는 상기 흡기 밸브의 타이밍을 지각시키고, 상기 배기 밸브의 타이밍을 진각시켜 밸브 오버랩을 축소함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 저압 EGR 시스템의 제어 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 밸브 오버랩의 축소는 상기 흡기 밸브의 타이밍을 상사점(Top Dead Center)으로부터 소정의 각도만큼 지각 제어하고, 상기 배기 밸브의 타이밍을 상사점으로부터 소정의 각도만큼 진각 제어하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저압 EGR 시스템의 제어 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 흡기 밸브의 상기 지각 각도 및 상기 배기 밸브의 진각 각도의 범위는 0°~5°인 것을 특징으로 하는 저압 EGR 시스템의 제어 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 운전 정보 검출부에서는 상기 차량의 엑셀 페달의 개도, 차속, 엔진 회전수(RPM) 및 스로틀 밸브의 개도 중 적어도 어느 하나 이상을 검출하는 것을 특징으로 하는 저압 EGR 시스템의 제어 장치.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부 EGR량을 저감하기 위한 제어는, 상기 EGR량 검출부에서 검출되는 외부 EGR량에 근거한 현재의 EGR율과 목표 EGR율의 차이가 임계값보다 큰 경우에 실시되는 것을 특징으로 하는 저압 EGR 시스템의 제어 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부 EGR량을 저감하기 위한 제어는, 상기 엔진의 회전수가 아이들 회전수 영역에 속하는 경우에 실시되는 것을 특징으로 하는 저압 EGR 시스템의 제어 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 목표 EGR율에 대응되는 제어 듀티를 저압 EGR 밸브에 인가하는 한편, 상기 EGR량 검출부에서 저압 EGR의 EGR 공기량을 검출하여 점화 코일의 점화 타이밍 제어 및 토크 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 저압 EGR 시스템의 제어 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어부는, 엔진에 공급되는 연료과 공기의 비율을 공기 과잉률(λ)이 1이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 저압 EGR 시스템의 제어 장치.
  12. 저압 EGR의 중지 여부를 판단하는 단계;
    상기 저압 EGR을 중지할 때에, 엔진의 흡기 밸브 및 배기 밸브의 타이밍을 제어함으로써, 상기 흡기 밸브와 상기 배기 밸브의 밸브 오버랩에 의해 배기 포트로부터 엔진의 실린더 내부로 공급되는 내부 EGR량을 소정 시간 동안 축소하는 단계;를 포함하고,
    상기 내부 EGR량을 소정 시간 동안 축소하는 단계는,
    차량의 엔진의 회전수를 검출하고, 검출된 엔진의 회전수에 따라 결정되는 시간동안 상기 내부 EGR량을 축소하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 저압 EGR 시스템의 제어 방법.
  13. 저압 EGR의 목표 EGR율을 감축하는 단계;
    현재의 EGR율과 목표 EGR율의 차이가 임계값을 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    현재의 EGR율과 목표 EGR율의 차이가 임계값을 초과하는 경우에, 엔진의 흡기 밸브 및 배기 밸브의 타이밍을 제어함으로써, 상기 흡기 밸브와 상기 배기 밸브의 밸브 오버랩에 따른 내부 EGR량을 소정 시간 동안 축소하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 EGR 시스템의 제어 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 저압 EGR의 중지 여부를 판단하는 단계는,
    차량의 엑셀 페달의 개도, 차속, 엔진 회전수(RPM) 및 스로틀 밸브의 개도 중 적어도 어느 하나 이상을 검출하여 판단되는 차량의 운전 상태에 근거하여 실시되는 것을 특징으로 하는 저압 EGR 시스템의 제어 방법.
  15. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 내부 EGR량을 소정 시간 동안 축소하는 단계는,
    소정 시간 동안 상기 흡기 밸브의 타이밍을 소정의 각도만큼 지각 제어하고, 상기 배기 밸브의 타이밍을 소정의 각도만큼 진각 제어함으로써 실시되는 것을 특징으로 하는 저압 EGR 시스템의 제어 방법.
  16. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 내부 EGR량을 소정 시간 동안 축소하는 단계는, 엔진의 회전수가 아이들 회전수 영역에 속하는 경우에 실시되는 것을 특징으로 하는 저압 EGR 시스템의 제어 방법.
  17. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 내부 EGR량을 소정 시간 동안 축소하는 단계를 실시한 후, 저압 EGR 재개 시에는, 목표 EGR량을 달성하도록 저압 EGR 밸브를 목표 위치로 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 EGR 시스템의 제어 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 저압 EGR 밸브를 목표 위치로 제어한 후,
    저압 EGR의 EGR 공기량을 검출하여 엔진의 점화 타이밍 제어 및 토크 제어를 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 EGR 시스템의 제어 방법.





  19. 삭제
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