KR20060069627A

KR20060069627A - 이지알 쿨러의 제어 방법

Info

Publication number: KR20060069627A
Application number: KR1020040107464A
Authority: KR
Inventors: 최창은
Original assignee: 기아자동차주식회사
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-06-22

Abstract

본 발명은 이지알 쿨러의 제어 방법에 관한 것으로서, 이지알 전후단에 온도센서를 장착하고, 이지알내에 매연이 퇴적되는 자연 현상을 받아들이면서 퇴적된 매연으로 인하여 이지알 쿨러 성능이 저하 및 배출가스(EMISSION)가 악화되는 과정을 새로운 로직(LOGIC)으로 신설하여 최대한 지연시키고, 과다한 퇴적매연으로 IN-USE 배출가스 시험시 문제 발생우려 판단시에는 운전자에게 경고하여 A/S 조치를 받도록 함으로써, 이지알의 구조 변경없이 이지알 쿨러내 매연 퇴적을 근본적으로 차단할 수 있도록 한 이지알 쿨러의 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.

이지알 쿨러, 온도센서, 이지알 쿨러 효율, 이지알 쿨러 효율 맵, 이지알 쿨러 악화율, 보상로직

Description

이지알 쿨러의 제어 방법{Control method of EGR cooler}

도 1은 본 발명에 따른 이지알 쿨러의 제어 방법을 설명하는 순서도,

도 2는 본 발명에 따른 이지알 쿨러 효율 맵에 대한 작성예를 보여주는 개념도,

도 3은 본 발명에 따른 이지알 쿨러의 제어 방법을 위한 온도센서의 장착상태를 보여주는 개략도,

도 4는 통상적인 이지알 쿨러의 설치 위치 및 그 작동상태를 설명하기 위한 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 배기매니폴더 20 : 흡기매니폴더

30 : 이지알 파이프 40 : 컨트롤밸브

100 : 이지알 쿨러 T1, T2 : 온도센서

본 발명은 이지알 쿨러의 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이지알 쿨러의 전후단에 온도센서를 각각 설치하고, 소정의 수식으로 효율을 계산하여 이지알 쿨러 효율 맵과 비교함으로써, 이지알 쿨러의 작동 효율을 향상시키는 동시에 문제 발생에 따른 대처를 정확하고 유연하게 진행할 수 있으며, 최종적으로는 이지알 쿨러내 매연 퇴적을 근본적으로 차단할 수 있도록 한 이지알 쿨러의 제어 방법에 관한 것이다.

자동차의 배출가스는 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC), 입자상물질(PM) 등의 유해물질이 포함되어 있는 바, 연소과정에서 발생하는 상기 2원소 중 입자상물질에 대하여 질소산화물은 항상 반대의 인과관계를 가지고 있다.

즉, 실용적인 출력범위에서 입자상물질이 가장 감소하는 시점에 질소산화물은 가장 많이 발생하는데, 이러한 질소산화물은 연료가 완전 연소할수록 즉, 엔진이 고온일수록 질소산화물의 발생량은 증가하게 된다.

따라서, 상기 질소산화물 등의 배출가스 허용량은 관계 법률로서 규제됨에 따라 배출가스를 줄이는 다양한 기술이 개발되고 있는 바, 그 중 하나가 배기가스 재순환장치(Exhaust Gas Recirculation, 이지알)이다.

상기 배기가스 재순환 장치는 다른 유해물질의 급증없이 질소산화물의 발생량을 줄이기 위해서는 연소실로 흡입되는 혼합기 중에 기 연소가스(이지알 가스)의 일부를 공급함으로써 신기의 양을 줄임과 동시에 연소가스의 열용량을 증가시켜 화염의 온도를 낮추는 방법으로 사용되는 장치이다.

보다 상세하게는, 상기 배기가스 재순환장치(이지알)는 상기 배출가스중 배 기가스를 흡기계로 재순환시켜 실린더내의 연소온도를 낮추어 질소산화물의 발생을 억제하는 장치로서, 배기가스중의 질소산화물(NOx)을 저감하는 수단으로 배기가스의 일부를 흡기계통에 되돌려서, 혼합기가 연소할 때 최고 온도를 낮게 하여 질소산화물(NOx)의 생성량을 적게 하는 장치를 말한다.

이러한 배기가스 재순환장치(이지알)의 구성에는 도 4에 도시된 바와 같이, 배기매니폴더(10)로부터 배출되는 배기가스의 일부가 흡기매니폴더(20)로 재순환되도록 한 이지알 파이프(30)와, 상기 이지알 파이프(30)의 소정위치에는 순환되는 배기가스의 양을 조절하는 컨트롤밸브(40)가 포함되어 있고, 특히 상기 컨트롤밸브(40)를 통하여 유입되는 배기가스를 냉각시켜 흡기매니폴드(20)로 보내주는 이지알 쿨러(100)가 포함되어 있다.

이와 같은 배기가스 재순환장치(이지알)의 구성중에서 상기 이지알 쿨러(100)는 고온의 배기가스를 엔진 냉각수를 냉매로 하여 냉각하는 일종의 열교환기이며, 디젤차량의 엄격해진 배출가스(EMISSION) 규제를 만족하기 위하여 고안된 장치이다.

보다 상세하게는, 상기 이지알 쿨러는 엔진 냉각수를 이용하여, 배기가스를 냉각하고 배기가스의 밀도를 크게 함으로서, 보다 많은 양의 배기가스를 연소실에 투입할 수 있도록 고안된 장치로서, NOx 또는 PM을 저감하는데 주요한 기술로 알려져 있다.

디젤 차량에 장착된 이지알 쿨러는 차량의 주행거리가 증가하면서 디젤 특유의 매연으로 인하여 이지알 쿨러 내부의 튜브(TUBE)에 매연이 퇴적되어 고착된다.

이렇게 튜브에 퇴적된 매연은 이지알 쿨러의 성능을 떨어뜨리는 문제점을 야기시키고, 이지알 쿨러의 성능, 즉 효율이 떨어지게 되면 배기가스 온도 저감율이 악화됨을 의미하며, 초기의 이지알 양이 튜브에 퇴적된 매연에 의하여 악화된 만큼 줄어들게 된다.

이지알 양의 저감은 EMISSION의 악화, 특히 질소산화물 (NOx)의 과다 배출로 이어지며, 차량 양산 이후 IN-USE 차량의 배출가스(EMISSION) 시험 시 문제가 되기도 한다.

이와 같이 이지알쿨러에서 발생되는 문제점을 개선하기 위하여 이지알쿨러내에 퇴적 매연을 저감시키는 기술이 제안되고 있다.

국내공개특허공보 2002-85513호(2002.11.16), 국내공개특허공보 2001-102981호(2001.11.17), 국내공개특허공보 2001-102980호(2000.07.27), 국내공개특허공보 2003-87916호(2003.11.15) 등에는 공통적으로 이지알 쿨러의 내외부 구조를 변경 개선하여 이지알 쿨러의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 기술이 공개되어 있다.

그러나, 이지알의 구조 변경을 통하여 성능 향상을 도모한 기술들은 모두 그 제조 설계부터 제작 완료까지 비용 소모가 많이 드는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 이지알 전후단에 온도센서를 장착하고, 이지알내에 매연이 퇴적되는 자연 현상을 받아들이면서 퇴적된 매연으로 인하여 이지알 쿨러 성능이 저하 및 배출가스(EMISSION)가 악화되는 과정 을 새로운 로직(LOGIC)으로 신설하여 최대한 지연시키고, 과다한 퇴적매연으로 IN-USE 배출가스 시험시 문제 발생우려 판단시에는 운전자에게 경고하여 A/S 조치를 받도록 함으로써, 이지알의 구조 변경없이 이지알 쿨러내 매연 퇴적을 근복적으로 차단할 수 있도록 한 이지알 쿨러의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은:

매연이 퇴적되지 않은 초기 상태의 이지알 쿨러로부터 이지알 쿨러 효율 맵 (EGR_Cooler_eff_APM)을 미리 데이타화시키는 제1단계와; 연료량, 엔진회전수, 냉각수 온도, 오토크루즈 주행 여부 등 엔진 작동 조건을 판단하는 제2단계와; 엔진 작동 조건이 충족되면, 이지알 쿨러의 전후단에 장착된 온도센서에서 온도를 측정하는 제3단계와; 상기 온도센서의 측정 온도를 근거로 이지알 효율을 계산하는 제4단계와; 상기 이지알 효율을 상기 이지알 쿨러 효율 맵과 비교하여, 이지알 쿨러 효율 악화율을 계산하는 제5단계와; 상기 이지알 쿨러 효율 악화율을 기준으로 보상 공기량을 결정하여, 이지알 쿨러를 통과하는 배기가스 양을 보상 조절하는 보상로직의 제6단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이지알 쿨러의 제어 방법을 제공한다.

바람직한 구현예로서, 상기 이지알 쿨러 악화율이 최대기준 악화율보다 크면, A/S를 위해 운전자에게 경고하는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 제4단계의 이지알 효율은 아래의 식으로 계산된다.

여기서, T2: 배기가스 출구 온도센서의 검출치, T1: 배기가스 입구 온도센서의 검출치.

또한, 상기 제5단계의 이지알 쿨러 효율 악화율은 아래의 식으로 계산된다.

여기서, η^initial _{EGR Cooler} : 매연이 퇴적되지 않은 초기 상태의 이지알 쿨러로부터 측정된 초기의 이지알 쿨러 효율

또한, 배기가스 양을 보상 조절하는 보상로직의 제6단계에서 보상공기량은 아래의 식으로 계산된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 이지알 제어 방법을 설명하는 순서도이다.

본 발명은 이지알 쿨러의 작동 효율을 향상시키는 동시에 문제 발생에 따른 대처를 정확하고 유연하게 진행할 수 있으며, 최종적으로는 이지알 쿨러내 매연 퇴 적을 근복적으로 차단할 수 있도록 한 것이다.

먼저, 제1단계로서 매연이 퇴적되지 않은 초기 상태의 이지알 쿨러로부터 이지알 쿨러 효율 맵 (EGR_Cooler_eff_APM)을 미리 데이타화시킨다.

이지알 쿨러 효율 맵은 기준냉각수온도(Twater) 이상 스테디(STEDAY) 조건에서 엔진 회전수 (rpm)와 연료량 (mg/str) 기준으로 이지알 쿨러 효율을 측정하여 데이터화 한다.

특히, 첨부한 도 3에 도시된 바와 같이 상기 이지알 쿨러(100)의 전후단에 장착된 온도센서(T1, T2)의 검출치를 근거로, 매연이 퇴적되지 않은 초기 상태에서 아래의 수학식 1에 의거 이지알 쿨러의 최초 효율을 계산하여 데이타화시킨다.

여기서, T2: 배기가스 출구 온도센서의 검출치이고, T1: 배기가스 입구 온도센서의 검출치이다.

이때, 첨부한 도 2는 이지알 쿨러 효율 맵(EGR_Cooler_eff_APM)의 데이타 작성예를 나타내며, 측정된 효율 데이터의 차별화를 위해 임의 영역(예, rpm 기준: 1500rpm∼3000rpm, 연료량 기준: 20∼40mg/str)을 정할 수 있으며, 로직 상에서 매개 변수로 지정할 수 있으며, 이는 비교영역을 제한한다는 의미이다.

이러한 이지알 쿨러 효율 맵이 ECU에 저장된 상태로 차량의 주행이 진행되어, 실질적인 본 발명의 EGR 제어 방법이 진행된다.

차량의 주행중 연료량, 엔진회전수, 냉각수 온도, 오토크루즈 주행 여부 등 엔진 작동 조건을 판단하는 제2단계와, 엔진 작동 조건이 충족되면 이지알 쿨러의 전후단에 장착된 온도센서에서 온도를 측정하는 제3단계가 진행된다.

이때, 상기 연료량은 최소기준 연료량과 최대기준 연료량 사이, 냉각수 온도는 기준 냉각수온도(Twater) 이하, 엔진회전수는 최소기준 rpm과 최대기준 rpm 사이가 되도록 하고, 오토크루즈 스위치가 온으로 된 상태이어야 하며, 특히 연료량, 엔진회전수, 냉각수 온도의 최대 및 최소 기준은 차종 및 설계 조건에 따른 실험에 따라 매개변수로 결정된다.

다음으로, 첨부한 도 3에서 보는 바와 같이 상기 이지알 쿨러(100)의 전후단에 장착된 온도센서(T1, T2)에서 온도를 측정한 결과를 바탕으로, 현재의 이지알 효율을 다음의 수학식 2로 계산하는 제4단계가 진행된다.

이어서, 상기 현재의 이지알 효율을 상기 이지알 쿨러 효율 맵과 비교하여, 다음과 같은 수학식 3에 의거 이지알 쿨러 효율 악화율을 계산하는 제5단계가 진행된다.

다음으로, 제6단계로서 상기 이지알 쿨러 효율 악화율을 기준으로 보상 공기량을 결정하여, 이지알 쿨러를 통과하는 배기가스 양을 보상 조절하는 보상로직 단계가 진행된다.

상기 보상로직 단계는 아래의 표 1에 기재된 보상맵을 근거로 이루어지며, 보상공기량과 최종 목표 공기량은 기존의 이지알 맵(목표 공기량 맵)을 이용하여 다음과 같은 수학식 3에 의하여 계산된다.

따라서, 상기 이지알 쿨러 효율 악화율이 최대기준 악화율보다 작으면 상기 보상로직에 의거 이지알 쿨러를 통과하는 배기가스의 흐름을 더 많이 흐르게 하는 단계가 진행된다.

즉, 엔진 ECU에 의한 이지알 쿨러의 컨트롤밸브 개도를 조절하여 공기량(배 기가스)을 조절할 수 있다.

반면에, 상기 이지알 쿨러 효율 악화율이 최대기준 악화율보다 크면, 경고등을 점등시켜 운전자에게 경고함으로써, 이지알 쿨러에 대한 A/S를 받도록 한다.

한편, 상기 A/S 조치는 이지알 쿨러를 탈거하여 세척하는 작업으로 이루어진다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 이지알 쿨러의 제어 방법에 의하면, 이지알 쿨러 전후단에 온도센서를 장착하고, 이 온도센서의 검출치를 기반으로 현재의 이지알 쿨러 효율을 계산하여 미리 만들어진 이지알 쿨러 효율 맵과 비교하여 이지알 쿨러를 흐르는 배기가스량을 조절함으로써, 퇴적된 매연으로 인하여 이지알 쿨러 성능이 저하 및 배출가스(EMISSION)가 악화되는 과정을 최대한 지연시킬 수 있다.

또한, 과다한 퇴적매연으로 IN-USE 배출가스 시험시 문제 발생우려 판단시에는 운전자에게 경고하여 A/S 조치를 받도록 함으로써, 이지알의 구조 변경없이 이지알 쿨러내 매연 퇴적을 근복적으로 차단할 수 있다.

Claims

매연이 퇴적되지 않은 초기 상태의 이지알 쿨러로부터 이지알 쿨러 효율 맵 (EGR_Cooler_eff_APM)을 미리 데이타화시키는 제1단계와;

연료량, 엔진회전수, 냉각수 온도, 오토크루즈 주행 여부 등 엔진 작동 조건을 판단하는 제2단계와;

엔진 작동 조건이 충족되면, 이지알 쿨러의 전후단에 장착된 온도센서에서 온도를 측정하는 제3단계와;

상기 온도센서의 측정 온도를 근거로 현재의 이지알 효율을 계산하는 제4단계와;

상기 현재의 이지알 효율을 상기 이지알 쿨러 효율 맵과 비교하여, 이지알 쿨러 효율 악화율을 계산하는 제5단계와;

상기 이지알 쿨러 효율 악화율을 기준으로 보상 공기량을 결정하여, 이지알 쿨러를 통과하는 배기가스 양을 보상 조절하는 보상로직의 제6단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이지알 쿨러의 제어 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 이지알 쿨러 악화율이 최대기준 악화율보다 크면, A/S를 위해 운전자에게 경고하는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 하는 이지알 쿨러의 제어 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제4단계의 이지알 효율은 아래의 식으로 계산되는 것을 특징으로 하는 이지알 쿨러의 제어 방법.

T2: 배기가스 출구 온도센서의 검출치,

T1: 배기가스 입구 온도센서의 검출치
청구항 1에 있어서, 상기 제5단계의 이지알 쿨러 효율 악화율은 아래의 식으로 계산되는 것을 특징으로 하는 이지알 쿨러의 제어 방법.

여기서, η^initial _{EGR Cooler} : 매연이 퇴적되지 않은 초기 상태의 이지알 쿨러로부터 측정된 초기의 이지알 쿨러 효율.
청구항 1에 있어서, 배기가스 양을 보상 조절하는 보상로직의 제6단계에서 보상공기량은 아래의 식으로 계산되는 것을 특징으로 하는 이지알 쿨러의 제어 방법.