KR102540546B1 - 가솔린 egr 시스템의 밸브개방 제어장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치 및 방법은 연소에 의해 구동력을 발생시키는 가솔린 엔진, 상기 가솔린 엔진의 연소실로 흡기 가스가 유입되는 흡기 라인, 상기 연소실에서 배기가스가 배출되는 배기 라인, 상기 배기 라인에서 분기하여 상기 흡기 라인에 연결되는 재순환 라인, 상기 재순환 라인에 위치하여 상기 흡기 라인으로 유입되는 배기가스를 냉각시키기 위한 EGR 쿨러, 상기 흡기 라인으로 유입되는 배기가스의 양을 제어하도록 구성되는 EGR 밸브, 상기 EGR 밸브의 일단에 위치하는 EM 필터; 및 상기 EM 필터의 막힘 상태 발생에 따라 상기 EGR 밸브의 개도량을 제어하도록 구성되는 유량 조절장치를 포함한다.

Description

가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치 및 방법{Apparatus for controlling the Opening of Valve of the Gasoline EGR system and the Method thereof}
본 발명은 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 더 바람직하게, 가솔린 EGR 시스템을 포함하는 가솔린 엔진 차량에 있어서, 터보차저 후단에 위치하는 재순환 라인과 유체 연결되는 EM(Emergency Filter) 필터의 막힘 상태에 따라 EGR 밸브의 개도량을 제어하여 흡기 라인으로 유입되는 배기가스의 유량을 제어하기 위한 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
자동차의 엔진은 외부로부터 유입된 공기를 연료와 적절한 비율로 혼합하여 연소시켜 동력을 발생한다.
엔진의 구동으로 동력을 발생시키는 과정에서 연소를 위해 외부의 공기를 충분히 공급하여야만 원하는 출력과 연소 효율을 얻을 수 있다. 이를 위해, 엔진의 연소 효율을 높이기 위해 연소용 공기를 과급시켜 주는 장치로서 터보차저 (turbocharger)가 사용되고 있다.
일반적으로 터보차저는 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 터빈을 돌린 후, 그 회전력을 이용하여 연소실로 고압의 공기를 공급하여 엔진의 출력을 높이는 장치이다. 터보차저는 디젤 엔진과 가솔린 엔진에 모두 적용되고 있다.
또한, 배기가스 재순환(exhaust gas recirculation; EGR) 시스템은 유해 배기가스의 저감을 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.
가솔린 엔진의 배기가스 재순환(exhaust gas recirculation; EGR) 시스템은 연비 개선을 위해 차량에 장착되는 시스템이다. 배기가스 재순환 시스템을 통해 저속/저부하 영역에서 펌핑 로스 저감시킬 수 있고, 중속/중부하 영역에서 연소실의 온도 저감에 의한 점화 시기 진각시킬 수 있기 때문에 차량의 연비를 개선할 수 있다.
가솔린 엔진에 사용되는 대표적인 배기가스 재순환 시스템으로 저압 EGR(LP-EGR: low pressure exhaust gas recirculation) 장치가 있다. 저압 EGR 시스템은 터보차저의 터빈을 통과한 배기가스를 컴프레서 전단의 흡기 통로로 재순환시킨다.
또한, 가솔린 엔진에 사용되는 저압 EGR 시스템의 경우, EGR 밸브와 인접한 일단에 위치하는 EM(emergency) 필터를 포함하여 흡기 라인으로 유입되는 PM(particulate material), 배기가스의 탄소 산화물(카본) 또는 질소 산화물을 정화하기 위한 구성을 포함한다.
즉, EGR 시스템을 차용한 가솔린 엔진 차량의 경우, 배기가스가 유입됨에 따라 상기 배기가스에 포함되는 탄소 산화물(카본) 또는 질소 산화물 등을 정화하기 위한 구성으로서 EM 필터를 포함하고 있다.
다만, 종래 기술에 의한 배기가스 재순환 시스템은 카본 퇴적물로부터 EM 필터의 막힘 상태 여부의 판단 없이 일정한 개도량을 유지하도록 구성되었으며, EM 필터의 막힘 상태의 정도에 따라서는 배기가스가 재순환 라인을 통해 흡기 라인으로 유입되지 못하는 문제점이 발생하였다.
특허문헌1: 대한민국 출원번호 10-2016-0048901호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, EM 필터의 막힘 상태를 측정하고, 막힘 정도에 따라 EGR 밸브의 개도량을 제어하는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 차량의 부하조건과 EM 필터의 막힘 상태를 고려하여 EGR 밸브 개도량 제어를 수행하는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다. 또한 본 발명의 목적들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치 및 방법은 다음과 같은 구성을 포함한다.
연소에 의해 구동력을 발생시키는 가솔린 엔진; 상기 가솔린 엔진의 연소실로 흡기 가스가 유입되는 흡기 라인; 상기 연소실에서 배기가스가 배출되는 배기 라인; 상기 배기 라인에서 분기하여 상기 흡기 라인에 연결되는 재순환 라인; 상기 재순환 라인에 위치하여 상기 흡기 라인으로 유입되는 배기가스를 냉각시키기 위한 EGR 쿨러; 상기 흡기 라인으로 유입되는 배기가스의 양을 제어하도록 구성되는 EGR 밸브; 상기 EGR 밸브의 일단에 위치하는 EM 필터; 및 상기 EM 필터의 막힘 상태 발생에 따라 상기 EGR 밸브의 개도량을 제어하도록 구성되는 유량 조절장치;를 포함하는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치를 제공한다.
또한, 상기 유량 조절장치는 상기 EM 필터의 막힘 상태를 측정하고, 상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 1기준값 미만인 경우 상기 EGR 밸브의 개도량이 제 1개방상태로 유지하며, 상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 1기준값 이상인 경우 상기 EGR 밸브의 개도량이 제 1개방상태 보다 넓은 개도량을 갖도록 상기 EGR 밸브의 개도량을 보정하는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치를 제공한다.
또한, 상기 EGR 밸브의 개도량을 보정하는 경우, 상기 유량 조절장치는 상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 1기준값 이상 제 2기준값 미만인 경우 상기 EM 필터의 막힘 정도에 따라 상기 EGR 밸브의 개도량을 선형적으로 증가하도록 구성하는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치를 제공한다.
또한, 상기 EGR 밸브의 개도량을 보정하는 경우, 상기 유량 조절장치는 상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 2기준값 이상인 경우, 제 2개방상태를 갖도록 상기 EGR 밸브의 개도량을 보정하는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치를 제공한다.
또한, 상기 EGR 밸브의 전후단의 압력을 측정하여 상기 EM 필터의 막힘 상태를 측정할 수 있도록 구성되는 차압센서;를 더 포함하는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치를 제공한다.
또한, 상기 유량 조절장치는 상기 엔진의 회전수가 미리 설정된 범위 내인 경우, 상기 EGR 밸브의 개도량을 보정하도록 구성되는 가솔린 EGR 시스템의 밸브 개방 제어장치를 제공한다.
또한, 상기 EM 필터는 상기 EGR 밸브와 상기 EGR 쿨러 사이에 위치하는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어방법은 다음과 같은 구성을 포함한다.
a) 엔진의 부하조건을 판단하는 단계; b) 상기 a) 단계에서 상기 엔진이 일정 부하 이상인 경우, 유량 조절장치가 EM 필터의 막힘 정도가 제 1기준값 이상인지 판단하는 단계; c) 상기 b) 단계에서 상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 1기준값 이상인 경우, 상기 유량 조절장치를 통해 EGR 밸브의 개도량을 보정하도록 구성되는 단계; d) 상기 유량 조절장치는 보정된 EGR 밸브의 개도량에 따라 상기 EGR 밸브를 통해 재순환 라인으로 유입되는 배기가스의 유량을 확인하는 단계;를 포함하도록 구성되는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어방법을 제공한다.
또한, 상기 b) 단계에서 상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 1기준값 이상인 경우, 상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 2기준값 미만인지 판단하는 단계;를 더 포함하도록 구성되는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어방법을 제공한다.
또한, 상기 c) 단계는 상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 1기준값 이상 제 2기준값 미만인 범위에서, 상기 EM 필터의 막힘 정도에 따라 상기 EGR 밸브의 개도량을 선형적으로 증가하도록 구성되는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어방법을 제공한다.
또한, 상기 c) 단계는 상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 2기준값 이상인 경우, 상기 EGR 밸브의 개도량을 제 2개방상태로 유지하도록 구성되는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어방법을 제공한다.
또한, 상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 1기준값 미만인 경우, 상기 EGR 밸브의 개도량을 제 1개방상태로 유지하도록 구성되는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어방법을 제공한다.
또한, 상기 d)단계에서, 상기 유량 조절장치는 보정된 EGR 밸브의 개도량에 따라 상기 EGR 밸브를 통해 재순환 라인으로 유입되는 배기가스의 유량이 미리 설정된 목표량 보다 작은 경우, d-1) 차량의 엔진 RPM 영역이 변경되었는지 판단하는 단계; d-2) 상기 d-1)에 의해 상기 차량의 엔진 RPM 영역이 변경된 경우, a)단계로 돌아가고, 상기 차량의 엔진 RPM 영역이 변경되지 않은 경우, 보정된 EGR 밸브 개도량을 추가 보상하는 단계;를 포함하는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어방법을 제공한다.
또한, 상기 a)단계에서 상기 엔진의 부하 조건은 제어기에 미리 설정된 엔진 RPM 영역인지 판단하는 것을 특징으로 하는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어방법을 제공한다.
또한, 상기 d)단계에서, 재순환 라인으로 유입되는 배기가스의 유량을 확인하는 단계는 EGR 밸브 양단에 위치하는 차압센서를 이용하여 상기 EGR 밸브에 인가되는 압력 차이를 통해 판단하는 것을 특징으로 하는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어방법을 제공한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 EM 필터의 막힘 상태를 고려하여 EGR 밸브의 개도량을 제어하는바, EM 필터의 막힘 상태에서도 차량의 높은 운행 연비를 제공하는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 EM 필터의 막힘 상태에서도 운전자가 요청하는 출력을 제공할 수 있는바, 안정적인 운행성능을 제공하는 효과를 갖는다.
뿐만 아니라, 본 발명은 보정된 EGR 개도량에 따라 피드백 제어를 수행하는 EGR 시스템의 효율적인 작동성능을 유지할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치가 구비된 엔진 시스템의 구성을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치가 구비된 엔진 시스템 구성의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가솔린 EGR 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치의 EGR 밸브의 개도량 제어의 보정값 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치에 의한 차량의 연비비교평가 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가솔리 EGR 시스템의 밸브개방 제어방법의 배기가스 유량 확인을 수행하는 단계의 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 EGR 시스템(100)이 구비된 엔진(20) 시스템의 구성을 도시한 개념도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 EGR 시스템(100)이 구비된 엔진(20) 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 EGR 시스템(100)이 구비된 엔진 시스템(이하, '엔진 시스템'이라고 한다)은 엔진(20), 터보차저(50), EGR 시스템(100)(exhaust gas recirculation system), 유량 조절장치(160), 및 제어기(200)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 배기가스가 흐르는 배기 라인(30)이 구비된다.
상기 배기 라인(30)에는 상기 연소실(21)에서 배출되는 배기가스에 포함된 각종 유해 물질을 정화시키는 배기가스 후처리 장치(40)가 구비된다. 본 발명의 일 실시예에서는 WCC(Warm up Catalytic Converter) 후처리 장치(40)를 이용하여 배기가스로부터 유입되는 질소 산화물, 카본 퇴적물 및 PM(particulate material)을 정화하도록 구성된다.
상기 터보차저(50)는 상기 흡기 라인(10)을 통해 유입되는 흡기 가스(외기+재순환 가스)를 압축하여 상기 연소실(21)로 공급한다. 상기 터보차저(50)는 상기 배기 라인(30)에 구비되고 상기 연소실(21)에서 배출되는 배기가스에 의해 회전하는 터빈(51), 및 상기 터빈(51)과 연동하여 회전하고 흡기 가스를 압축하는 컴프레셔(52)를 포함한다.
상기 EGR 시스템(100)은 재순환 라인(120), EGR 쿨러(110), EGR 밸브(140), EM 필터(130) 및 유량 조절장치(160)를 포함한다.
재순환 라인(120)은 상기 터보차저(50) 후단의 배기 라인(30)에서 분기되어 상기 흡기 라인(10)으로 합류한다. EGR 쿨러(110)는 재순환 라인(120)에 배치되고, 상기 재순환 라인(120)을 흐르는 재순환 가스(배기가스)를 냉각시킨다. 유량 조절장치(160)는 상기 재순환 라인(120)에 설치되어 상기 재순환 라인(120)을 흐르는 배기가스량을 조절한다. 즉, 유량 조절장치(160)는 제어기(200)와 연동하여, EGR 밸브의 개도량을 제어할 수 있도록 구성된다.
EGR 쿨러(110)의 일단에는 EGR 시스템(100)으로 유동하는 재순환 가스(배기가스)의 유량을 제어하도록 개폐가 가능한 EGR 밸브(140)를 포함하고, EGR 밸브(140)의 일단에는 재순환 가스(배기가스)에 포함되어 있는 잔류 탄소 산화물, 질소 산화물 및 PM을 정화하기 위해 구성되는 EM 필터(130)를 포함한다.
즉, 상기 EM 필터(130)는 촉매와 같은 부품이 파손되었을 경우를 대비하여 이물질을 걸러주기 위한 구성이다.
더 바람직하게, EGR 밸브(140)의 전후단 또는 EM 필터 전후단에 위치하는 차압 센서(150)를 포함하는바, EGR 밸브(140)(EM 필터) 전후단에 걸리는 압력을 측정하여 EM 필터(130)의 막힘 상태 및 막힘 정도를 판단한다. 또한, 유량 조절장치(160)는 상기 EM 필터(130)의 막힘 상태 및 막힘 정도 데이터를 수신하여 EGR 밸브(140)의 개도량을 제어하도록 구성된다.
더 바람직하게, 본 발명의 유량 조절장치(160)는 차량에 위치하는 제어기(200)를 사용할 수 있으며, EM 필터(130)의 막힘 상태 및 막힘 정도와 더불어 차량의 엔진(20) 회전수(이하 RPM), 차량에 인가되는 부하 등을 종합적으로 고려하여 EGR 밸브(140)의 개도량을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, EGR 시스템(100)은 엔진(20) 회전수가 최소 2000rpm에서 작동되도록 구성될 수 있으며, 최대 4000rpm 에서 작동되도록 구성된다. 더욱이, 통상적으로 가솔린 엔진(20)에 구성되는 EGR 시스템(100)은 엔진(20)의 회전수가 고 rpm 보다 저 rpm에서 상기 EGR 시스템(100)의 사용률이 높도록 구성된다. 다만, EGR 시스템(100)이 작동되는 영역은 차량의 운행 영역에 따라 변경될 수 있는바, 제어기(200) 또는 유량 조절장치(160)에 미리 설정된 엔진(20) 회전수 범위에서 구동될 수 있다.
EGR 시스템(100)이 작동되는 일정 엔진(20) 회전수에서 EM 필터(130)의 막힘 상태를 판단하도록 구성되는바, 이는 EGR 밸브(140)에 인가되는 압력을 측정하여 측정된 압력을 통해 유량 조절장치(160)에서 EM 필터(130)의 막힘 정도를 판단하도록 구성된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 재순환 라인(120)에 위치하는 EGR 시스템(100)의 구성을 도시하고 있다.
배기 라인(30)으로부터 분기되어 흡기 라인(10)으로 연결되는 재순환 라인(120)은 EGR 쿨러(110), EM 필터(130) 및 EGR 쿨러(110)와 유체 연결되도록 구성된다. EGR 쿨러(110)의 일단에는 재순환 가스(배기가스)의 유량을 제어하도록 개폐가 가능한 EGR 밸브(140)를 포함하고, EGR 밸브(140)의 적어도 일단에는 재순환 가스(배기가스)에 포함되어 있는 잔류 탄소 산화물, 질소 산화물 및 PM을 정화하기 위해 구성되는 EM 필터(130)를 포함한다.
더 바람직하게, 본 발명의 일 실시예는 EGR 쿨러(110)와 EGR 밸브(140) 사이에 위치하는 EM 필터(130)를 포함하도록 구성된다.
본 발명의 유량 조절장치(160)는 EM 필터(130)의 막힘 상태로부터 EGR 밸브(140)의 개도량을 제어하도록 구성되는바, 일 실시예에서 차압 센서(150)가 EGR 밸브(140)의 양단에 위치하도록 구성되어 EM 필터(130)의 막힘 상태 및 막힘 정도를 판단할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서는 차압 센서(150)는 EM 필터(130)의 양단에 위치하도록 구성될 수 있다.
이렇게 구성되는 차압 센서(150)는 EGR 밸브(140)(EM 필터(130))에 걸리는 압력을 측정하고, 상기 측정된 압력 차이가 미리 설정된 값 이상에서 EGR 밸브(140)의 개도량 보정을 수행한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서, EM 필터(130)의 막힘 정도에 따라 EGR 밸브(140)의 개도량을 제어하는 보정값을 도시하고 있다.
본 발명의 EGR 시스템(100)은 엔진(20) 회전수가 2000rpm 에서 4000rpm 사이에서 작동되도록 구성되는바, EGR 시스템(100)이 작동되는 조건에서 유량 조절장치(160)는 EM 필터(130)의 막힘 상태를 판단한다.
차압 센서(150)를 통해 측정된 압력에 의해 EM 필터(130)가 제 1기준값 이상 막힌 것으로 측정되는 경우, 유량 조절장치(160)는 EGR 밸브(140)의 개도량을 보정하도록 구성된다. 더 바람직하게, 유량 조절장치(160)는 EM 필터(130)의 막힘 정도가 제 1기준값 이상 제 2기준값 미만인 상태에서 EGR 밸브(140)의 개도량이 선형적으로 증가하도록 보정한다.
정리하면, 유량 조절장치(160)는 EM 필터(130)의 막힘 상태 정도가 제 1기준값 미만인 경우, 유량 조절장치(160)는 EGR 밸브(140)가 제 1개방상태를 유지하도록 구성되고, EM 필터(130)의 막힘 상태 정도가 제 1기준값 이상 제 2기준값 미만인 상태에서 EGR 밸브(140)의 개도량을 선형적으로 증가하도록 구성되며, EM 필터(130)의 막힘 상태 정도가 제 2기준값 이상에서 상기 유량 조절장치(160)는 EGR 밸브(140)가 제 2개방상태를 유지하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에서는 제 1기준값은 EM 필터(130)의 막힘 정도가 30%인 경우를 의미하고, 제 2기준값은 EM 필터(130)의 막힘 정도가 80%인 경우를 의미할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예로서 4000rpm 이상인 조건에서 제 2기준값은 EM 필터(130)의 막힘 정도가 65%인 경우를 의미하는바, 유량 조절장치(160)는 EGR 밸브(140)가 제 2개방상태를 유지하도록 구성된다.
이처럼, 본 발명에 있어서, 엔진(20) 부하와 회전수에 따라서 상기 설정된 제 1기준값 및 제 2기준값은 변동될 수 있다.
또한, 상기 제 2개방상태는 제 1개방상태와 비교하여 EGR 밸브(140)의 개도량이 2배가 되도록 구성하는바, 제 2개방상태는 EGR 밸브(140)의 최대 개방상태일 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에서 상기 언급된 제 1개방상태 및 제 2개방상태의 경우, 이는 EGR 시스템(100)의 운용환경에 따라 달라질 수 있다. 또한, EM 필터(130)의 막힘 수준에 따라 EGR 밸브(140)의 개도량 제어를 수행하는 보정값은 달라질 수 있다.
도 5는 본 발명의 가솔린 EGR 시스템(100)의 밸브개방 제어장치를 통해 차량의 연비상승 효과를 비교한 그래프를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 가솔린 EGR 시스템(100)의 밸브개방 제어장치를 통해 EM 필터(130)가 제 2기준값(80% 이상 막힌 상태)을 유지할 경우 EGR 밸브(140)의 제 2개방상태로 제어된 구성은 가솔린 EGR 시스템(100)의 밸브개방 제어장치가 없는 EGR 시스템(100)과 비교하여 약 10% 정도의 연비 상승 효과가 존재한다.
이처럼, 본 발명의 가솔린 EGR 시스템(100)의 밸브개방 제어장치는 EGR 시스템(100)이 구동됨에 있어서 EM 필터(130)의 막힘 상태를 조건으로 EGR 밸브(140)의 개도량을 제어하도록 구성되어 차량의 연비 상승의 효과를 갖는다.
도 6 내지 도 7에서는 본 발명의 일 실시예로서, 가솔린 EGR 시스템(100)의 밸브개방 제어방법의 흐름도를 도시하고 있다.
본 발명의 가솔린 EGR 시스템(100)의 밸브개방 제어장치는 차량의 인가되는 부하 조건을 측정하는 단계를 포함한다(S100).
상기 부하조건을 판단하는 단계에서는, 엔진(20) 회전수, 엔진(20)에 인가되는 부하량을 판단하는바, 본 발명의 일 실시예에서는 EGR 시스템(100)이 구동되는 엔진(20) 회전수로서 2000rpm 내지 4000rpm인지 여부를 판단한다.
상기 단계에서 상기 엔진(20)이 일정 부하 이상에서, 유량 조절장치(160)는EM 필터(130)의 막힘 상태가 제 1기준값 이상인지 판단하는 단계(S200)를 수행하여 상기 EM 필터(130)의 막힘 상태 및 막힘 정도를 판단하도록 구성된다.
EM 필터(130)의 막힘 상태 및 막힘 정도는 EGR 밸브(140) 또는 EM 필터(130)의 양단에 걸리는 압력의 차이를 통해 판단할 수 있는바, EM 필터(130)가 제 1기준값 이상으로 판단되는 경우, 제어기(200)에 저장된 기준압력 이상의 차압이 발생한다.
상기 EM 필터(130)의 막힘 상태 및 막힘 정도가 제 1기준값 이상인 경우, 상기 유량 조절장치(160)를 통해 EGR 밸브(140)의 개도량을 보정하도록 구성되고(S300), 보정된 EGR 밸브(140)의 개도량에 따라 재순환 라인(120)을 따라 흡기 라인(10)으로 유입되는 재순환 가스(배기가스)의 유량을 확인하는 단계(S400)로 구성된다.
재순환 가스(배기가스)의 유량을 확인하는 단계(S400)에 있어서, EGR 쿨러(110)와 배기 라인(30) 사이에 위치하는 EGR 가스 온도센서를 포함할 수 있는바, EGR 쿨러(110)의 배출단을 유동하는 재순환 가스의 측정된 온도를 기반으로, 재순환 라인(120)을 흐르는 재순환 가스의 유량을 측정할 수 있다.
더욱이, 유량 조절장치(160)가 EM 필터(130)의 막힘 상태를 판단하는 단계에서, 상기 EM 필터(130)의 막힘 정도가 제 1기준값 이상인 경우, 상기 EM 필터(130)의 막힘 정도가 제 2기준값 미만인지 판단하도록 구성된다(S200).
즉, EM 필터(130)의 막힘 정도가 제 1기준값 미만에서 EGR 밸브(140)가 제 1개방상태를 유지하고, EM 필터(130)의 막힘 정도가 제 1기준값 이상 제 2기준값 미만에서 EGR 밸브(140)의 개방량을 선형적으로 증가시키며, EM 필터(130)의 막힘 정도가 제 2기준값 이상에서 EGR 밸브(140)가 제 2개방상태를 유지하도록 구성된다.
EGR 밸브(140)의 개도량 제어는 차량의 제어기(200)에 저장된 맵에 따라 보정될 수 있으며, 또는 차압 센서(150)를 통해 측정되는 압력 차이를 기반으로 유량 조절장치(160) 및 제어기(200)를 통해 보정값을 산출할 수 있다.
이렇게 보정된 EGR 밸브(140)의 개도량에 따라 재순환 라인(120)으로 유입되는 재순환 가스(배기가스)의 유량을 확인하는 단계를(S400) 수행하고, 차압 센서(150)에 측정되는 압력 차이가 미리 설정된 값과 실질적으로 동일한 경우(S410), EGR 밸브(140)의 개도량을 유지하고(S411) 로직을 종료한다(S412).
차압 센서(150)에 측정되는 압력 차이가 미리 설정된 값과 실질적으로 동일하지 않은 경우(S410), 차량의 주행 RPM이 변경되었는지 판단하고(S420), 차량의 주행 RPM이 변경되는 경우, EGR 밸브(140)의 개도량을 유지하고(S421), 최초 단계인 차량에 인가되는 부하 조건을 측정한다(S100).
다만, 차압 센서(150)에 측정되는 압력 차이가 미리 설정된 값과 실질적으로 동일하지 않고(S410), 차량의 주행 RPM이 변경되지 않은 경우(S420), EGR 밸브(140)의 개도량을 추가로 보정하고(S422), 차압 센서(150)에 측정되는 압력 차이가 미리 설정된 값과 실질적으로 동일한지 재판단하는 단계(S410)을 수행한다.
상기와 같이, 본 발명의 가솔린 EGR 시스템(100)의 밸브개방 제어방법을 통해서, 차량의 주행조건과 EM 필터(130)의 막힘 상태를 고려하여 EGR 밸브(140)의 개도량을 제어하고, 보정된 EGR 밸브(140)의 개도량에 따라서, 재순환 라인(120)으로 유입되는 재순환 가스(배기가스)의 량을 증가하도록 제어된다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 기술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 흡기 라인
20: 엔진
21: 연소실
30: 배기 라인
40: 후처리 장치
50: 터보차저
51: 터빈
52: 컴프레셔
100: EGR 시스템
110: EGR 쿨러
120: 재순환 라인
130: EM 필터
140: EGR 밸브
150: 차압 센서
160: 유량 조절장치
200: 제어기

Claims (15)

  1. 연소에 의해 구동력을 발생시키는 가솔린 엔진;
    상기 가솔린 엔진의 연소실로 흡기 가스가 유입되는 흡기 라인;
    상기 연소실에서 배기가스가 배출되는 배기 라인;
    상기 배기 라인에서 분기하여 상기 흡기 라인에 연결되는 재순환 라인;
    상기 재순환 라인에 위치하여 상기 흡기 라인으로 유입되는 배기가스를 냉각시키기 위한 EGR 쿨러;
    상기 흡기 라인으로 유입되는 배기가스의 양을 제어하도록 구성되는 EGR 밸브;
    상기 EGR 밸브의 일단에 위치하는 EM 필터; 및
    상기 EM 필터의 막힘 상태 발생에 따라 상기 EGR 밸브의 개도량을 제어하도록 구성되는 유량 조절장치;를 포함하고,
    상기 유량 조절장치는 상기 EM 필터의 막힘 상태를 측정하고, 상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 1기준값 미만인 경우 상기 EGR 밸브의 개도량이 제 1개방상태로 유지하며, 상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 1기준값 이상인 경우 상기 EGR 밸브의 개도량이 제 1개방상태 보다 넓은 개도량을 갖도록 상기 EGR 밸브의 개도량을 보정하며,
    상기 EGR 밸브의 개도량을 보정하는 경우,
    상기 유량 조절장치는 상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 1기준값 이상 제 2기준값 미만인 경우 상기 EM 필터의 막힘 정도에 따라 상기 EGR 밸브의 개도량을 선형적으로 증가하도록 구성하는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 EGR 밸브의 개도량을 보정하는 경우,
    상기 유량 조절장치는 상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 2기준값 이상인 경우, 제 2개방상태를 갖도록 상기 EGR 밸브의 개도량을 보정하는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 EGR 밸브의 전후단의 압력을 측정하여 상기 EM 필터의 막힘 상태를 측정할 수 있도록 구성되는 차압 센서;를 더 포함하는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 유량 조절장치는 상기 엔진의 회전수가 미리 설정된 범위 내인 경우, 상기 EGR 밸브의 개도량을 보정하도록 구성되는 가솔린 EGR 시스템의 밸브 개방 제어장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 EM 필터는 상기 EGR 밸브와 상기 EGR 쿨러 사이에 위치하는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어장치.
  8. a) 엔진의 부하조건을 판단하는 단계;
    b) 상기 a) 단계에서 상기 엔진이 일정 부하 이상인 경우, 유량 조절장치가 EM 필터의 막힘 정도가 제 1기준값 이상인지 판단하는 단계;
    c) 상기 b) 단계에서 상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 1기준값 이상인 경우, 상기 유량 조절장치를 통해 EGR 밸브의 개도량을 보정하도록 구성되는 단계;
    d) 상기 유량 조절장치는 보정된 EGR 밸브의 개도량에 따라 상기 EGR 밸브를 통해 재순환 라인으로 유입되는 배기가스의 유량을 확인하는 단계;를 포함하고,
    상기 b) 단계에서 상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 1기준값 이상인 경우,
    상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 2기준값 미만인지 판단하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 c) 단계는 상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 1기준값 이상 제 2기준값 미만인 범위에서, 상기 EM 필터의 막힘 정도에 따라 상기 EGR 밸브의 개도량을 선형적으로 증가하도록 구성되는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 c) 단계는 상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 2기준값 이상인 경우, 상기 EGR 밸브의 개도량을 제 2개방상태로 유지하도록 구성되는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 EM 필터의 막힘 정도가 제 1기준값 미만인 경우,
    상기 EGR 밸브의 개도량을 제 1개방상태로 유지하도록 구성되는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 d)단계에서, 상기 유량 조절장치는 보정된 EGR 밸브의 개도량에 따라 상기 EGR 밸브를 통해 재순환 라인으로 유입되는 배기가스의 유량이 미리 설정된 목표량 보다 작은 경우,
    d-1) 차량의 엔진 RPM 영역이 변경되었는지 판단하는 단계;
    d-2) 상기 d-1)에 의해 상기 차량의 엔진 RPM 영역이 변경된 경우, a)단계로 돌아가고, 상기 차량의 엔진 RPM 영역이 변경되지 않은 경우, 보정된 EGR 밸브 개도량을 추가 보상하는 단계;를 포함하는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어방법.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 a)단계에서 상기 엔진의 부하 조건은 제어기에 미리 설정된 엔진 RPM 영역인지 판단하는 것을 특징으로 하는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어방법.
  15. 제 8항에 있어서,
    상기 d)단계에서, 재순환 라인으로 유입되는 배기가스의 유량을 확인하는 단계는 EGR 밸브 양단에 위치하는 차압 센서를 이용하여 상기 EGR 밸브에 인가되는 압력 차이를 통해 판단하는 것을 특징으로 하는 가솔린 EGR 시스템의 밸브개방 제어방법.
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