KR20090064065A - 디젤 엔진의 이지알 제어장치 및 방법 - Google Patents

디젤 엔진의 이지알 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디젤 엔진에서 VGT의 제어 특성에 대한 정보가 EGR 제어에 입력인자로 적용하여 급격한 VGT 제어에 의한 배기압의 변동에도 EGR의 왜곡된 제어가 발생되지 않도록 함으로써, 운전성 및 승차감을 향상시키는 것이다.
본 발명은 엔진회전수와 연료분사량, 흡기압력 및 공기량을 포함하는 운전정보를 검출하는 과정, 운전정보에 따른 VGT 제어 듀티를 결정하여 과급 공기를 조정하고 EGR 제어 듀티를 결정하여 EGR량을 조정하는 과정, VGT 제어 듀티의 급변이 발생되는지 판단하는 과정, VGT 제어 듀티의 급변이 발생되지 않으면 현재의 제어조건을 유지하고 급변이 발생되면 VGT 제어 듀티 변화량의 정보를 EGR 제어 듀티 결정에 제어인자로 제공하는 과정, VGT 제어 듀티 변화량의 정보를 적용하여 배기압의 변화를 추종하는 EGR 제어 듀티를 결정하여 EGR량을 조정하는 과정을 포함한다.
디젤 엔진, VGT, VGT 듀티, EGR 듀티, 제어인자

Description

디젤 엔진의 이지알 제어장치 및 방법{EXHAUST GAS RECIRCULATION CONTROL SYSTEM FOR DIESEL ENGINE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 가변 용량식 터보차저(Variable Geometric Turbo Charger : 이하, "VGT" 라 통칭한다.)가 장착되는 디젤 엔진의 이지알 제어장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 VGT의 제어 특성에 대한 정보가 EGR 제어에 입력인자로 적용하여 급격한 VGT 제어에 의한 배압의 변동에도 EGR의 왜곡된 제어가 발생되지 않도록 하는 디젤 엔진의 이지알 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 디젤 차량에는 엔진에 흡입되는 공기의 충진 효율을 높이기 위하여 배기가스의 열을 이용하여 공기를 압축시켜 흡기를 과급시킴으로써, 매연저감과 출력을 증대시키는 VGT가 장착된다.
또한, 연료의 연소시에 HC, CO, NOx 등의 다양한 유해 물질이 포함되는 배기가스가 배출되는데, 이중에서 NOx는 질소와 산소가 고온 고압의 화염을 통과할 때 생성되는 것으로 연소실의 연소 온도가 높을수록 발생량이 많아진다.
따라서, 연소실의 연소온도를 낮추어 배기가스에 포함되는 NOx를 감소시키기 위한 목적으로 배기가스의 일부를 연소실로 재순환시키는 EGR 장치가 장착된다.
도 3은 일반적으로 VGT가 적용되는 디젤 엔진의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
디젤 엔진이 운전되면 제어부(30)는 흡기관에 배치되는 공기량 센서(14)와 대기압 센서(16), 흡기온도 센서(17)의 정보를 판독하여 흡입되는 공기의 양과 온도 및 운전되는 지역의 대기압의 정보를 검출한다.
이후, 상기와 같이 검출되는 흡입 공기의 정보에 엔진 부하의 조건을 적용하여 과급하기 위한 공기량을 결정한 다음 배기관(11)에 배치되는 터빈(12)의 베인 각도를 결정 제어한다.
따라서, 터빈(12)은 엔진(10)에서 배출되는 배기가스의 배기압(P3)에 의해 회전되며, 이에 따라 회전축에 연결되는 압축기(13)를 동시에 회전시켜 흡입 공기를 과급하여 엔진(10)측으로 공급한다.
또한, 제어부(30)는 엔진(10)에서 출력되는 배기압(P3)과 흡기압의 차압을 통해 EGR량을 결정하고 EGR 밸브(20)에 듀티 신호를 출력하여 EGR량을 조정한다.
상기 EGR 량은 엔진 회전수와 분사 연료량에 의해 결정되는 요구 공기량과 공기량 센서(14)에서 검출되는 공기량의 정보가 적용되어 실질적인 EGR 제어량이 결정된다.
EGR 제어는 배기압에 지배적인 영향을 받으나 VGT의 작동조건이나 압력조건이 EGR 제어에 입력 조건으로 작용되지 않고 있다.
또한, VGT 제어는 엔진 회전수와 연료량 및 흡기압력이 적용되어 제어가 수행되나 EGR 제어의 정보가 VGT 제어의 입력 조건으로 작용되지 않고 있다.
이와 같이 종래의 디젤 엔진에서는 VGT 제어와 EGR 제어는 서로 독립되어 처리되고 있다.
따라서, EGR 양은 배기압에 지배적인 영향을 받으므로, 엔진의 성능 요구에 VGT의 제어가 이루어지면 배기압의 변동이 발생하게 되며, 이에 따라 배기압과 흡기압의 차압으로 결정되는 EGR량에 영향을 미처 제어에 불안정성을 높이게 된다.
도 4는 종래의 디젤 엔진에서 VGT의 제어에 의해 영향을 받는 EGR의 거동을 실측한 파형이다.
도시된 바와 같이, 성능 요구에 따라 VGT 듀티가 작동되어 VGT 베인이 작동하는 순간(A) 급격한 배압의 증가로 인하여 EGR량(B)이 급격하게 증가되어 왜곡되는 현상이 발생한다.
이에 따라 흡입 공기량 역시 순간적인 언더슈트(Undershoot)가 발생(C)하여 차량의 주행중 토크 변동을 유발시켜 저크(Jerk)를 발생하므로 운전성을 악화시키는 문제점이 발생한다.
EGR 제어를 정밀하게 제어한다고 할지라도 유체의 관성 등에 의해 응답이 늦게 되므로 현재의 디젤 엔진에서는 상기한 바와 같은 문제점을 피할 수 없다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 디젤 엔진에서 VGT의 제어 특성에 대한 정보가 EGR 제어에 입력인자로 적용하여 급격한 VGT 제어에 의한 배기압의 변동에도 EGR의 왜곡된 제어가 발생되지 않도록 함으로 써, 운전성 및 승차감을 향상시키는 것이다.
상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 디젤 엔진의 이지알 제어장치는,
엔진에 분사되는 연료량과 엔진 회전수 및 흡기 압력을 적용하여 흡기 과급량을 산출하고 VGT 듀티를 결정하는 VGT 결정부;
엔진에 분사되는 연료량과 엔진 회전수 및 실측되는 공기량의 정보를 적용하여 EGR 제어량을 산출하고 EGR 듀티를 결정하는 제1EGR 듀티결정부;
엔진 회전수 및 흡기압력의 조건에 따라 배기압을 추정하는 배기압 변동 맵이 구축되며, 배기압 변동 맵을 통해 엔진 회전수 및 흡기 압력에 따른 배기압을 추정하여 VGT의 급변에 따른 배기압의 변동을 추정하는 배기압 추정부;
제1EGR 듀티결정부에서 결정된 EGR 듀티에 VGT 듀티결정부에서 제어인자로 제공되는 VGT 듀티 제어정보를 적용하여 실질적인 EGR 제어 듀티를 결정하는 제2EGR 듀티결정부;
상기 VGT 듀티결정부에서 인가되는 현재 운전 영역의 VGT 듀티의 제어정보와 배기압 추정부에서 인가되는 배기압 변동 정보를 비교하여 EGR 출력 듀티를 결정하는 비교기;
상기 비교기에서 결정되는 정보에 따라 제1EGR 듀티결정부에서 결정된 듀티 혹은 VGT 듀티의 제어정보가 적용되어 제2EGR 듀티결정부에서 결정된 EGR 듀티 중 어느 하나를 현재의 EGR 선택하는 선택기를 포함한다.
또한, 본 발명의 특징에 따른 디젤 엔진의 이지알 제어방법은,
엔진회전수와 연료분사량, 흡기압력 및 공기량을 포함하는 운전정보를 검출하는 과정;
상기 운전정보에 따른 VGT 제어 듀티를 결정하여 과급 공기를 조정하고, EGR 제어 듀티를 결정하여 EGR량을 조정하는 과정;
VGT 제어 듀티의 급변이 발생되는지 판단하는 과정;
VGT 제어 듀티의 급변이 발생되지 않으면 현재의 제어조건을 유지하고, 급변이 발생되면 VGT 제어 듀티 변화량의 정보를 EGR 제어 듀티 결정에 제어인자로 제공하는 과정;
VGT 제어 듀티 변화량의 정보를 적용하여 배기압의 변화를 추종하는 EGR 제어 듀티를 결정하여 EGR 량을 조정하는 과정을 포함한다.
전술한 구성에 의하여 하는 본 발명은 VGT의 제어와 EGR의 제어가 연동하여 동작됨으로써, 급격한 VGT의 변동에 관계없이 항시 안정된 공기량이 제어되어 운전성 및 상품성이 향상되는 효과가 제공된다.
아래에서는 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 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디젤 엔진의 이지알 제어장치의 개략적인 구성을 도시한 도면으로, 도시와 같이 VGT 듀티결정부(101)와 제1EGR 듀티결정부(102), 배기압 추정부(103), 제2EGR 듀티결정부(104), 비교기(105) 및 선택기(106)를 포함한다.
VGT 듀티결정부(101)는 현재의 엔진 조건에서 엔진에 분사되는 연료량과 엔진 회전수의 정보에 요구 성능이 반영되는 흡기 압력의 정보를 적용하여 흡기 과급량을 산출하고 그에 따른 VGT 듀티를 결정한다.
제1EGR 듀티결정부(102)는 현재의 엔진 조건에서 엔진에 분사되는 연료량과 엔진 회전수에 의해 결정된 요구 공기량과 공기량 센서에서 실측되는 공기량의 정보를 적용하여 EGR 제어량을 산출하고 그에 따른 EGR 듀티를 결정한다.
배기압 추정부(103)는 엔진 회전수 및 흡기압력의 조건에 따라 배기압을 추정하는 배기압 변동 맵이 구축되며, 배기압 변동 맵을 적용하여 현재의 엔진 회전수 및 흡기 압력에 대하여 배기압을 추정하여 VGT의 순간적인 제어에 따른 배기압의 변동 여부를 추출한다.
상기 구축되는 배기압 변동 맵은 맵핑(Mapping) 인자로 엔진의 개발시에 베이스(Base Mapping)되고 실차에서 학습 적용된다.
제2EGR 듀티결정부(104)는 제1EGR 듀티결정부(102)에 결정된 EGR 듀티에 VGT 듀티결정부(101)에서 제어인자로 제공되는 VGT 듀티 제어정보를 적용하여 실질적인 EGR 제어 듀티를 결정한다.
즉, 현재의 운전조건에서 결정된 EGR 듀티와 VGT 제어 듀티의 변화율에 따라 실질적인 EGR 제어 듀티를 결정한다.
비교기(105)는 VGT 듀티결정부(101)에서 인가되는 현재 운전 영역의 VGT 듀티의 제어정보와 배기압 추정부(103)에서 인가되는 배기압 변동 정보를 비교하여 EGR 출력 듀티를 결정한다.
선택기(106)는 상기 비교기(105)에서 결정되는 정보에 따라 제1EGR 듀티결정부(102)에서 결정된 듀티 혹은 VGT 듀티의 제어정보가 적용되어 제2EGR 듀티결정부(104)에서 산출된 EGR 듀티 중 어느 하나를 현재의 EGR 제어로 선택한다.
전술한 바와 같은 기능을 포함하여 구성되는 본 발명의 동작은 다음과 같다.
VGT의 제어시 배기압의 변동은 VGT 제어 듀티의 변동에 의해 발생되며, 이는 각 운전영역에서 실험적으로 추정할 수 있다.
따라서, VGT 제어 듀티와 배기압의 상관관계가 예측될 수 있고, 이는 EGR 듀티에 영향을 미칠 수 있는지에 대한 판단을 위해 각 운전영역에서 실험을 통해 배기압 변동 맵을 작성하여 배기압 추정부(103)에 설정한다.
운전 상태에서 VGT 듀티결정부(101)는 연료량과 엔진 회전수 및 흡기압력의 조건에 따라 VGT 듀티를 결정하여 엔진에 과급되는 흡기량을 조정한다.
또한, 연료량과 엔진 회전수의 정보에 공기량의 정보를 포함하여 배기압과 차압에 따른 EGR 듀티를 결정하여 EGR을 제어한다.
이 상태에서 성능 요구에 따라 VGT 듀티의 급격한 변동이 발생하게 되면 그 에 따른 엔진회전수 및 흡기압력의 정보가 배기압 추정부(103)에 인가된다.
따라서, 배기압 추정부(103)는 배기압 변동 맵으로부터 VGT 듀티의 급변에 따른 배기압의 정도를 추정하여 비교기(105)에 인가한다.
또한, VGT 듀티의 급변에 대한 정보가 제2EGR 듀티결정부(104)에 제어인자로 제공되므로, 제2EGR 듀티결정부(104)는 VGT 듀티의 급변에 따른 EGR 듀티를 결정하여 선택기(106)에 인가한다.
따라서, 비교기(105)는 VGT 듀티의 변동으로 추정되는 배기압의 정보에 따라 선택기(106)를 VGT 듀티의 정보가 적용되는 EGR 듀티를 출력값으로 선택하여 EGR 듀티 제어가 실행되도록 한다.
상기 제2EGR 듀티결정부(104)의 EGR 듀티 결정은 다음과 같이 실행된다.
배기압의 변동전 EGR 유량은 Q31 = P31V31로 연산된다.
여기서, P31은 변동전의 배기압(VGT작동 배기압)으로 현재의 VGT 듀티로 상사되며, 듀티에 따라 배압이 제어된다.
그리고, V31는 변동전의 EGR 량으로 현재의 EGR 듀티로 상사되어 유량 통과 면적을 제어한다.
또한, VGT 듀티의 급격한 변동에 의해 발생되는 배기압 변동후의 EGR 유량은 Q32 = P32V32 로 연산된다.
여기서, P32는 VGT 듀티의 급변에 따른 변동후의 배기압이고, V32는 VGT 듀티의 급변에 따른 배기압의 변동 후에 결정되는 EGR 량이다.
EGR 유량 Q가 VGT의 동작에 영향을 받지 않으려면, VGT 작동 배압이 P31 - >P32로의 변동에 상관없이 Q31 = Q32가 되어야 한다.
동일 유량인 경우 Q = Q31 = Q32 = P31V31 = P32V32로 간략화 할수 있다.
EGR 량의 언더슈트가 발생되지 않는 동일 EGR유량을 유지하기 위해 P31 -> P32로의 배기압이 변동하는 시점에서 EGR 제어량인 V32는 V32 = (P31/P32) * V31로 계산된다.
상기 EGT 제어량인 V32의 계산에서 (P31/P32)는 배압의 변동비로 이는 VGT 제어 듀티의 변화율에 상사되어진다.
따라서, EGR 듀티의 결정에서 VGT 제어 듀티의 변화율과 현재의 EGR 듀티(V31)가 입력인자로 결정되어진다.
만약, 엔진의 흡배기의 상태가 충분히 선형적이라면 단순하게 EGR 듀티 계산(V32)으로 구성될 수 있으나, 비선형적인 엔진 시스템의 특성상 가장 최적화된 연소제어를 위해 각 영역별 시험을 통해 산출한 맵값이 적용되는 제어가 필수적이다.
상기한 특징을 갖는 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 VGT 듀티의 정보가 EGR 듀티 제어에 제어인자로 작용함으로써, VGT의 급변(A1)에 의한 배기압의 변동이 발생하는 경우 그에 따른 EGR 듀티(B1)가 결정되어 실행되므로 안정된 흡입 공기량(C1)이 확보되어 운전성이 제공된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디젤 엔진의 이지알 제어장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디젤 엔진에서 VGT 제어에 따른 EGR 제어 결과를 도시한 도면이다.
도 3은 일반적으로 VGT가 적용되는 디젤 엔진의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 종래의 디젤 엔진에서 VGT 제어에 따른 EGR 제어의 결과를 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : VGT 듀티결정부 102 : 제1EGR 듀티결정부
103 : 배기압 추정부 104 : 제2EGR 듀티결정부
105 : 비교기 106 : 선택기

Claims (3)

  1. 엔진에 분사되는 연료량과 엔진 회전수 및 흡기 압력을 적용하여 흡기 과급량을 산출하고 VGT 듀티를 결정하는 VGT 결정부;
    엔진에 분사되는 연료량과 엔진 회전수 및 실측되는 공기량의 정보를 적용하여 EGR 제어량을 산출하고 EGR 듀티를 결정하는 제1EGR 듀티결정부;
    엔진 회전수 및 흡기압력의 조건에 따라 배기압을 추정하는 배기압 변동 맵이 구축되며, 배기압 변동 맵을 통해 엔진 회전수 및 흡기 압력에 따른 배기압을 추정하여 VGT의 급변에 따른 배기압의 변동을 추정하는 배기압 추정부;
    제1EGR 듀티결정부에서 결정된 EGR 듀티에 VGT 듀티결정부에서 제어인자로 제공되는 VGT 듀티 제어정보를 적용하여 실질적인 EGR 제어 듀티를 결정하는 제2EGR 듀티결정부;
    상기 VGT 듀티결정부에서 인가되는 현재 운전 영역의 VGT 듀티의 제어정보와 배기압 추정부에서 인가되는 배기압 변동 정보를 비교하여 EGR 출력 듀티를 결정하는 비교기;
    상기 비교기에서 결정되는 정보에 따라 제1EGR 듀티결정부에서 결정된 듀티 혹은 VGT 듀티의 제어정보가 적용되어 제2EGR 듀티결정부에서 결정된 EGR 듀티 중 어느 하나를 현재의 EGR 선택하는 선택기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 이지알 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2EGR 듀티결정부는 현재 운전조건으로 결정되는 EGR 제어 듀티와 VGT 제어 듀티의 변화율에 따라 EGR 제어 듀티를 결정하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 이지알 제어장치.
  3. 엔진회전수와 연료분사량, 흡기압력 및 공기량을 포함하는 운전정보를 검출하는 과정;
    상기 운전정보에 따른 VGT 제어 듀티를 결정하여 과급 공기를 조정하고, EGR 제어 듀티를 결정하여 EGR량을 조정하는 과정;
    VGT 제어 듀티의 급변이 발생되는지 판단하는 과정;
    VGT 제어 듀티의 급변이 발생되지 않으면 현재의 제어조건을 유지하고, 급변이 발생되면 VGT 제어 듀티 변화량의 정보를 EGR 제어 듀티 결정에 제어인자로 제공하는 과정;
    VGT 제어 듀티 변화량의 정보를 적용하여 배기압의 변화를 추종하는 EGR 제어 듀티를 결정하여 EGR 량을 조정하는 과정을 포함하는 디젤 엔진의 이지알 제어방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8738273B2 (en) 2010-12-06 2014-05-27 Hyundai Motor Company Exhaust gas controlling method of engine
KR101526417B1 (ko) * 2014-04-09 2015-06-10 현대자동차 주식회사 실린더압력을 이용한 배기매니폴드의 압력을 산출하는 방법

Cited By (2)

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KR101526417B1 (ko) * 2014-04-09 2015-06-10 현대자동차 주식회사 실린더압력을 이용한 배기매니폴드의 압력을 산출하는 방법

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