KR20100064884A - 차량의 이지알 유량 보상장치 및 방법 - Google Patents

차량의 이지알 유량 보상장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량에 적용되는 EGR 밸브의 양단간 차압 특성 변화를 진단하고, 변동된 압력 특성을 반영한 학습값의 적용으로 EGR 밸브를 제어하여 EGR 유량을 보상하는 차량의 이지알 유량 보상방법이다.
본 발명은 특정 운전조건에서 EGR 쿨러 바이패스 전후의 EGR 듀티를 측정하여 편차를 추출하는 과정, EGR 듀티 편차와 설정된 기준값을 비교하여 EGR 쿨러의 매연 퇴적 여부를 판정하는 과정, EGR 쿨러의 매연 퇴적이 판정되면 퇴적량에 따른 보정값을 추출한 다음 EGR 밸브 듀티에 적용하여 EGR 유량을 보상하는 과정을 포함한다.
EGR 밸브, EGR 쿨러, 매연퇴적, EGR 유량보상 듀티 보상

Description

차량의 이지알 유량 보상장치 및 방법{APPARATUS FOR CORRECTION OF EXHAUST GAS RECIRCULATION FLOW ON VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 차량에 적용되는 이지알(Exhaust Gas Recirculation : "EGR"로 기재한다.)장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 EGR 밸브의 양단간 차압 특성 변화를 진단하고, 변동된 압력 특성을 반영한 학습값의 적용으로 EGR 밸브를 제어하여 EGR 유량을 보상하는 차량의 이지알 유량 보상장치 및 방법에 관한 것이다.
차량에는 연소실의 연소온도를 낮추기 위해 배출가스의 일부를 연소실로 유입시켜 질소산화물(NOx)의 발생을 감소시키는 EGR 밸브가 적용되고 있다.
유럽(EURO-5, 6) 및 북미(BIN-5)의 배출가스 규제가 더욱 강화됨에 따라 EGR 밸브에 의한 질소산화물(NOx) 저감의 중요성이 더욱 높아지고 있다.
EGR 밸브를 통해 엔진에 유입되는 배출가스의 유량과 온도를 정밀하게 제어하기 위하여 유량 모델링(Flow Modeling), 대용량/정밀제어 EGR 밸브, 고효율 쿨러 등의 다양한 방법들이 도입되고 있으며, 시스템의 복잡도 증가에 따라 개별 부품의 제작편차 및 내구편이에 의한 에미션 및 운전성 악화를 방지하기 위한 방법이 강하게 요구되고 있다.
질소산화물(NOx) 저감을 위한 EGR 유량은 EGR 밸브의 제어를 통하여 구현되고, 향상된 성능을 확보하기 위해 EGR 밸브의 선단에 배출가스를 냉각시키는 EGR 쿨러가 적용되고 있으며, 냉간 상태에서 연소의 안정성을 확보하고 촉매활성화 시간(LOT)을 단축시키기 위하여 EGR 바이패스 밸브(Bypass Valve)를 적용한다.
상기와 같은 EGR 장치는 부품의 편차 및 내구에 의한 부품의 편이가 발생하는 경우 목적한 연소 제어에 실패하여 운전성 저하 및 에미션 악화를 초래한다.
이를 방지하고자 EGR 밸브의 위치 학습제어 및 EGR 유량의 피드백 제어를 적용하고 있으나, 이는 안정된(Steady) 조건에서만 일정 부분 EGR 보정이 실시되며 일반적인 주행 조건에서 빈번히 발생하는 천이구간에서의 정확한 제어가 제공되지 못하는 문제점이 발생한다.
도 4는 종래의 차량에서 EGR 밸브의 제어 불량을 도시한 도면으로, EGR 쿨러에 매연이 퇴적한 조건에서 EGR 밸브의 제어에 실패한 사례를 보여주고 있다.
도시된 바와 같이, 엔진 RPM의 상승과 더불어 목표 공기량이 지속적으로 감소하는 조건에서 EGR 제어에 문제가 발생하여 불안정이 지속적으로 증폭되는 양상을 보여준다.
이에 따라 목표 공기량을 추종하기 위한 실제 공기량의 변동 역시 매우 불안정하게 증폭되는 양상을 보여준다.
상기한 도 4의 결과는 차량의 내구에 따라 EGR 쿨러의 내부에 퇴적된 매연이 EGR 유량의 압력 강하를 유발하여 EGR 밸브의 양단에 걸리는 압력 차이가 줄어들어서 EGR 밸브의 제어 특성이 변동된 것이 원인으로 해석되었다.
도 4는 종래의 차량에서 EGR 쿨러 내부의 매연 퇴적에 따른 EGR 밸브의 특성 변화를 도시한 도면이다.
EGR 쿨러 내부에 매연이 퇴적되지 않아 오염되지 않은 상태에서 EGR 밸브 듀티에 따른 EGR 유량은 "A"와 같은 특성을 보이고, EGR 쿨러 내부에 매연이 퇴적되어 오염된 상태에서 EGR 밸브 듀티에 따른 EGR 유량은 "B"와 같은 특성을 보이고 있다.
즉, EGR 쿨러 내부의 매연 퇴적에 따라 동일한 EGR 듀티에서 EGR 유량은 현저한 감소가 발생됨이 확인된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 EGR 밸브의 양단간 차압 특성 변화를 진단하고, 변동된 압력 특성을 반영한 학습값의 적용으로 EGR 밸브를 제어하여 EGR 유량을 보상하는 것이다.
상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 차량의 이지알 유량 보상장치는,
엔진으로 공급되는 배출가스를 냉각시키는 EGR 쿨러;
상기 EGR 쿨러의 입구측과 출구측의 양단간을 연결하는 바이패스 관로;
엔진으로 공급되는 배출가스의 양을 조정하는 EGR 밸브;
상기 EGR 쿨러의 매연 퇴적에 따라 EGR 밸브의 양단간 차압 특성 변화를 진 단하고, EGR 유량 보상을 위해 진단된 압력 특성이 반영되는 학습값을 적용하여 EGR 밸브를 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명의 특징에 따른 차량의 이지알 유량 보상방법은,
특정 운전조건에서 EGR 쿨러 바이패스 전후의 EGR 듀티를 측정하여 편차를 추출하는 과정;
상기 EGR 듀티 편차와 설정된 기준값을 비교하여 EGR 쿨러의 매연 퇴적 여부를 판정하는 과정;
EGR 쿨러의 매연 퇴적이 판정되면 퇴적량에 따른 보정값을 추출한 다음 EGR 밸브 듀티에 적용하여 EGR 유량을 보상하는 과정을 포함한다.
전술한 구성에 의하여 본 발명은 대용량 EGR 및 EGR 쿨러가 요구되는 엔진에서 부품 열화 및 내구의 진행에 따른 EGR 장치의 불안정을 조기에 진단하고, EGR 유량의 보상으로 법규에서 규정한 에미션을 만족시키며, 차량의 운전성 악화를 방지하여 상품성을 향상시키는 효과가 기대된다.
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 차량의 이지알 유량 보상장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 동력원인 엔진(100)과 필터(101), 공기량센서(102), 터보차저(103), 촉매(104), 인터쿨러(106), 부스트 압력센서(107), EGR 쿨러(110), 바이패스 관로(120), EGR 밸브(130) 및 제어부(200)를 포함한다.
필터(101)는 흡기 덕트에 설치되어 대기로부터 흡입되는 공기에 포함되어 있는 불순물 및 수분을 제거한다.
공기량센서(102)는 필터(101)를 통해 공급되는 흡입 공기량을 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(200)에 제공한다.
터보차저(103)는 터빈과 컴프레서로 구성되며, 엔진(100)에서 배출되는 배출가스의 열에너지에 의해 동작되어 흡입되는 공기를 과급하며, 제어부(200)에서 인가되는 제어신호(VGT_Duty)에 의해 베인의 각도가 조정되어 부스트(Boost) 압력을 가변시킨다.
촉매(104)는 배출가스에 포함된 유해물질인 NOx, HC, 입자상 물질(PM), 그을음(Soot) 등을 정화하여 에미션을 안정화시킨다.
인터쿨러(106)는 터보차저(103)에서 인가되는 부스트 공기를 냉각시켜 안정된 산소의 분포로 엔진(100)에 공급한다.
부스트 압력센서(107)는 엔진(100)에 공급되는 공기의 부스트 압력을 검출하여 그에 대한 정보를 ECU(200)에 제공한다.
EGR 쿨러(110)는 예를 들어 적층식 쿨러로, 엔진으로 유입되는 배출가스를 냉각시킨다.
바이패스 관로(120)는 EGR 쿨러(110)의 배출가스 입구측과 출구측을 연결하는 관로로 구성되며, 엔진의 냉간 상태에서 배출가스를 바이패스시켜 연소의 안정성을 확보하고 촉매활성화 시간을 단축시킨다.
EGR 밸브(130)는 제어부(200)의 제어신호(EGR_Duty)에 따라 동작되어 엔진(100)으로 공급되는 배출가스의 양을 조정한다.
제어부(200)는 운전조건이 EGR 모니터링 조건을 만족하면 EGR 밸브(130)의 양단간 차압 특성 변화를 진단하고, 진단된 압력 특성이 반영되는 학습값으로 EGR 밸브(130)를 제어하여 엔진(100)에 공급되는 EGR 유량을 보상한다.
전술한 바와 같은 기능이 포함되는 본 발명의 동작에 대하여 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
차량의 운행에 따라 제어부(200)는 엔진 RPM, 가속페달의 변위, 냉각수온, 연료량, 공기온도 및 압력 등의 운전정보를 검출하여(S101) 차량이 정속 주행이 유지되는 상태인 EGR 모니터링 조건을 만족하는지 판단한다(S102).
상기 S102의 판단에서 EGR 모니터링 조건을 만족하지 않으면 상기 S101의 과정으로 리턴되고, EGR 모니터링 조건을 만족하면 EGR 쿨러(110)의 바이패스 전과 바이패스 후의 EGR 밸브(130) 듀티를 측정하여 두 값의 편차를 추출한다(S103).
그리고, 상기 추출된 EGR 밸브(130) 듀티의 편차와 설정된 기준값을 비교하여 편차가 기준값을 초과하는지 판단한다(S104).
상기 S104에서 EGR 밸브(130) 듀티의 편차가 기준값 미만이면 EGR 쿨러(110)는 매연의 퇴적이 없는 상태, 즉 오염되지 않은 정상적인 상태로 판단한다(S105).
그러나, EGR 밸브(130) 듀티의 편차가 기준값을 초과하면 EGR 쿨러(110)의 내부에는 매연 퇴적되어 오염(Aging)된 것으로 판정한다(S106).
EGR 쿨러(110)의 내부에 매연의 퇴적이 없는 경우에는 EGR 밸브(130)의 열림량이 EGR 쿨러 바이패스의 작동 여부와 무관하게 유사한 값을 보이나, EGR 쿨러(110)의 내부에 매연이 퇴적된 경우에는 EGR 밸브(130)의 열림량이 매연이 퇴적되지 않은 상태와 대비하여 크게 증가되는 현상이 나타난다.
상기 S106에서 EGR 쿨러(110)의 내부에 매연이 퇴적되어 오염된 것으로 판정되면 EGR 쿨러(110) 바이패스의 작동 여부에 따른 EGR 밸브(130)의 듀티를 측정하여 EGR 쿨러(110)에 매연이 퇴적되지 않은(오염되지 않은) 상태의 열림양에 대비되는 EGR 쿨러(110) 내부의 매연 퇴적량을 계산하여 오염정도를 판단하고, 이에 따른 배출가스의 압력 저감 파라메타(Parameter)를 설정하여 EGR 밸브(130) 듀티의 보정값을 추출한다(S107).
이후, 현재의 운전조건에 따른 EGR 밸브(130)의 듀티에 상기 S107에서 추출된 보정값을 적용한 학습으로 EGR 밸브(130)를 조정함으로써, 목표 공기량을 추종하는 EGR 유량의 보상이 제공된다(S109).
도 3의 좌측에 도시된 바와 같이, EGR 쿨러(110) 내부의 매연 퇴적량 변동에 따른 보정이 적용하기 전에는 목표 공기량 추종을 위한 EGR 밸브(130)의 제어량이 적합하지 않아 EGR 밸브 위치 및 실제 공기량이 극심하게 변동한다.
이에 따라 엔진제어 측면에도 불안정성을 초래하여, 엔진 RPM의 불안정을 확인할 수 있다.
그러나, 도 3의 우측에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라 EGR 쿨러의 오염에 따라 EGR 밸브의 듀티가 학습 제어되어 EGR 유량이 보상됨으로써, EGR 밸브의 위치가 안정되고, 목표 공기량의 추종성이 양호해짐을 알 수 있다.
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 차량의 이지알 유량 보상장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량에서 이지알 유량 보상절차를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량에서 이지알 유량 보상 효과를 도시한 도면이다.
도 4는 종래의 차량에서 이지알 밸브의 제어불량을 도시한 도면이다.
도 5는 종래의 차량에서 이지알 쿨러의 매연 퇴적에 따른 이지알 유량의 특성 변동을 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 엔진 101 : 필터
102 : 공기량센서 103 : 터보차저
104 : 촉매 106 : 인터쿨러
107 : 부스트 압력센서 110 : EGR 쿨러
120 : 바이패스 관로 130 : EGR 밸브
200 : 제어부

Claims (5)

  1. 엔진으로 공급되는 배출가스를 냉각시키는 EGR 쿨러;
    상기 EGR 쿨러의 입구측과 출구측의 양단간을 연결하는 바이패스 관로;
    엔진으로 공급되는 배출가스의 양을 조정하는 EGR 밸브;
    상기 EGR 쿨러의 매연 퇴적에 따라 EGR 밸브의 양단간 차압 특성 변화를 진단하고, EGR 유량 보상을 위해 진단된 압력 특성이 반영되는 학습값을 적용하여 EGR 밸브를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 차량의 이지알 유량 보상장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 정속 운전조건에서 EGR 밸브 양단간 차압 특성 변화를 진단하는 차량의 이지알 유량 보상장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 EGR 쿨러의 매연 퇴적량에 따라 EGR 밸브 듀티를 보상 제어하는 차량의 이지알 유량 보상장치.
  4. 특정 운전조건에서 EGR 쿨러 바이패스 전후의 EGR 듀티를 측정하여 편차를 추출하는 과정;
    상기 EGR 듀티 편차와 설정된 기준값을 비교하여 EGR 쿨러의 매연 퇴적 여부를 판정하는 과정;
    EGR 쿨러의 매연 퇴적이 판정되면 퇴적량에 따른 보정값을 추출한 다음 EGR 밸브 듀티에 적용하여 EGR 유량을 보상하는 과정;
    을 포함하는 차량의 이지알 유량 보상방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 EGR 듀티 편차가 설정된 기준값 미만이면 EGR 쿨러의 정상을 판정하고, 기본 맵을 적용하여 EGR 밸브 듀티를 제어하는 차량의 이지알 유량 보상방법.
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