KR20130025838A - Ｅｇｒ 쿨러의 재생 방법 및 장치 - Google Patents

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안드레아스 슐체
옌스 토프호벤
마티아스 인들레코퍼
토비아스 트르체비아토프스키
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 엔진 및 EGR 쿨러를 포함하는 차량에서 배기 가스 재순환을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은
- EGR 쿨러의 효율을 검출하는 단계(S1)와,
- 검출된 효율이 설정값에 미달하면 EGR 쿨러의 재생이 개시되도록(S5) 엔진의 운전을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

ＥＧＲ 쿨러의 재생 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR REGENERATING AN EGR COOLER}
본 발명은 엔진 및 EGR 쿨러를 포함하는 차량에서 배기 가스 재순환의 제어를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
현행 배기 가스 배출 규정 및 장차 입안될 배기 가스 배출 규정을 준수하기 위해 엔진, 특히 디젤 엔진의 경우, 연소 신선 공기에 일부 배기 가스를 혼합하고(배기 가스 재순환) 배기 가스 부분 흐름을 냉각해야 한다.
종래의 EGR 쿨러의 경우 주행 거리가 증가할수록 냉각 성능이 감소하는데, 이는 흐르는 배기 가스의 응축 때문에 배기 가스 재순환 구간에서 침착물이 형성되기 때문이다(수팅).
본 발명에 따라 제1항에 따른 차량에서 배기 가스 재순환의 제어를 위한 방법, 제10항에 따른 장치 및 제11항에 따른 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다.
유리한 실시예들이 종속항들에 제공되어 있다.
제1 측면에 의거하여, 엔진 및 EGR 쿨러를 포함하는 차량의 경우에 배기 가스 재순환의 제어 방법이 제공되며, 상기 방법은
- EGR 쿨러의 효율을 검출하는 단계 및
- 검출된 효율이 설정값에 미달하면, EGR 쿨러의 재생이 개시되도록, 엔진의 운전을 제어하는 단계를 포함한다.
주행 동안 배기 가스 재순환 구간에서의 침착물은 상기 재생 과정을 통해 제거될 수 있으므로, 정비소를 방문할 필요가 없다. 그러므로 EGR 쿨러의 효율은 영구적으로 설정 한계값을 상회한다. 그러므로 예를 들어 질소 산화물 배출과 같은 차량의 희망 배기 가스량에 장기간 도달되는 점도 보장될 수 있다. 또한, EGR 쿨러의 냉각 성능이 개선됨으로써 차량의 연료 소비가 감소한다.
이때, EGR 쿨러의 재생은 EGR 쿨러에 공급되는 배기 가스의 온도 상승을 포함할 수 있다. 그러므로 EGR 쿨러의 내부의 침착물은 더 높아진 배기 온도에 의해 제거되거나 번오프될 수 있으므로, EGR 쿨러의 효율이 다시 개선될 수 있다.
한 실시예에 따라, 배기 가스의 온도가 550℃ 이상의 값으로 조정됨으로써 EGR 쿨러의 가능한 한 완전한 재생이 달성될 수 있다.
스로틀 밸브의 개도 조정, 터보차저를 통해 유입되는 신선 공기량의 조정, EGR 쿨러에 공급되는 배기 가스량의 증대 및/또는 엔진의 후분사 연료량의 조정을 통해 배기 온도가 상승할 수 있다. 기본적으로 이들 모든 해법은 단시간에 더 농후한 혼합기를 엔진에 공급하고, 그리고/또는 혼합기의 연소 효율을 낮춤으로써 배기 온도를 높이는 데 목적이 있다.
또 다른 실시예에서, 재생에 유리한 주행 상태가 검출되고, 유리한 주행 상태 동안에만 재생이 개시된다.
이때 유리한 주행 상태는 차량의 속력, 엔진의 회전수 및/또는 부하, 회전수의 시간에 따른 변량, 배기 온도, 배기 배압, 엔진에 유입되는 신선 공기량, 엔진 온도 및/또는 외부 온도를 이용해 검출될 수 있다. 그럼으로써 EGR 쿨러의 완전한 재생이 실시될 수 있으며, 필요한 높은 배기 온도가 문제없이 달성될 수 있는 운전 상태가 재생을 위해 이용되는 것이 보장될 수 있다.
예를 들어 매우 높은 속력으로 정속 주행할 때와 같은 특정 주행 상태에서, 추가 조치 없이도 이미 배기 온도는 EGR 쿨러의 재생을 위해 충분할 수 있다. 이런 경우 EGR 쿨러의 재생은, EGR 밸브의 개방에 의해 야기될 수 있고, 그 결과 EGR 쿨러에 가능한 한 많은 양의 고온의 배기 가스가 제공될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 재생 개시 전에, 엔진 제어의 에러 조건이 존재하는지 여부가 검사되고, 그리고/또는 배기 온도 및/또는 엔진 온도가 예정된 거리 밖에 위치하는지 여부가 검사될 수 있으며, 각각 검사된 조건이 충족되지 않는 경우에만 재생이 개시된다. 그러므로 어쩌면 오기능이 발생하는 운전 상태 동안이나 완전한 재생이 불가능한 운전 상태 동안에는 재생이 실시되지 않는 것이 보장될 수 있다.
재생이 완료된 후에는 EGR 쿨러의 효율이 검출될 수 있으며, 재생 완료 이후의 효율이 설정값보다 더 작으면, 운전자에게 안내 메시지가 송출된다. 따라서 운전자는, 재생이 실시되었음에도 EGR 쿨러의 희망 효율이 다시 구현될 수 없었다는 경고 메시지를 받게 되며, 이 경우 운전자는 정비소를 방문할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예가 제공하는 장치는 EGR 쿨러 및 제어 유닛을 갖는 엔진을 포함하며, 이때 제어 유닛은 배기 가스 재순환의 제어를 위한 전술한 방법을 실시할 수 있도록 형성된다.
끝으로 본 발명의 실시예는, 데이터 처리 장치에서 실행될 경우 전술한 방법을 실행하는 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다.
하기에서 본 발명의 실시예들이 첨부 도면들을 참고로 상술된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 장치를 포함하는 차량의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 한 실시예를 설명하는 흐름도이다.
도 3은 엔진의 배기 온도 및 공연비에 대한 예시적 엔진 특성맵이다.
도 1에 도시된 것처럼 차량(10)은 엔진(12), 예를 들어 디젤 엔진과, EGR 쿨러, EGR 쿨러-바이패스 및 EGR 밸브를 포함하는 EGR 시스템(14)과, 엔진(12) 및 EGR 시스템(14)의 제어를 위한 엔진 제어 유닛(16)을 포함한다. 엔진(12)은 엔진에 유입되는 신선 공기량을 선택적으로 높이기 위한 터보차저를 포함한다.
엔진(12)의 운전 상태를 진단하기 위해 복수의 센서, 예를 들어 엔진 온도, 배기 온도 및/또는 외부 온도를 측정하기 위한 온도 센서들 및/또는 회전수, 부하 및 회전수의 시간에 따른 변량을 측정하기 위한 센서들이 제공된다.
이들 센서는 각각의 경우 측정값을 엔진 제어 유닛(16)으로 송출하며, 엔진 제어 유닛은 각 측정값을 평가하여 검출된 운전 상태에 따라 엔진(12)의 운전을 제어한다. 또한 엔진 제어 유닛(16)은, 센서들 중 어느 하나 또는 복수의 센서의 측정값이 설정된 정상 운전 범위 밖에 있으면 엔진(12)의 에러 상태를 인지하도록 설계된다.
EGR 시스템(14)은 EGR 쿨러의 효율을 결정하기 위한 그리고 EGR 쿨러에 공급되는 배기 가스량 및 배기 온도를 측정하기 위한 센서들을 포함한다. 이들 센서에 의해 측정된 측정값 역시 엔진 제어 유닛(16)에 제공되며, 엔진 제어 유닛은 EGR 시스템(14) 및 엔진(12)의 운전 상태에 상응하게 EGR 밸브를 제어한다.
도 2에는 전술한 차량(10)의 운전을 위한 프로세서가 도시되어 있다.
먼저, 단계(S1)에서 효율 결정을 위해 EGR 쿨러의 진단이 실시된다. 진단을 위해, 예를 들어 EGR 쿨러의 상류 및 하류에서 배기 온도가 검출되어 서로 비교된다. 대안으로서, EGR 쿨러의 진단이 정비소에서 적절한 진단 장치를 이용해서 실시될 수도 있다.
이어서, 검출된 효율이 설정 한계값보다 작은지 여부가 단계(S2)에서 검사된다. 검사 결과, 설정 한계값보다 작지 않다면[단계(S2)에서 "아니오"], EGR 쿨러의 효율은 충분하므로 재생이 불필요하다. 이 경우 본 발명에 따른 프로세스는 종료된다. 마지막 진단 실시 이후의 경과 시간이나 특정 주행 구간을 통해 정해질 수 있는 예정된 거리마다 본 발명에 따른 프로세스가 다시 새로 시작되므로, EGR 쿨러의 효율을 규칙적으로 검사할 수 있다.
만약 단계(S2)에서 EGR 쿨러의 효율이 설정 한계값보다 작은 것으로 결정되면[단계(S2)에서 "예"], 단계(S3)에서 차량(10)의 운전 상태가 검출된다.
이때 차량(10) 및 엔진(12)이 재생이 가능한 운전 상태에 있는지 여부가 검사된다. 예를 들어 차량(10)의 속력, 엔진(12)의 회전수 및/또는 부하, 회전수의 시간에 따른 변량, 배기 온도, 배기 배압, 엔진(12)에 유입되는 신선 공기량, 엔진 온도 및/또는 외부 온도가 검출되거나, 상기 값들 중 몇 개만이 검출된다. 기본적으로, 차량(10)이 최대한 정속으로 주행할 때, 충분히 높은 회전수, 부하 및 배기 온도가 존재하는 운전 상태가 재생에 유리하다.
또한, EGR 쿨러의 재생 개시에 반하는 조건이 존재하는지 여부가 단계(S3)에서 결정될 수도 있다. 이는 엔진 제어에서 에러 조건이 될 수 있으며 혹은 성공적인 재생 실시를 위해 배기 온도 및/또는 엔진 온도가 너무 높거나 너무 낮을 수 있다.
단계(S3)에서 검출된 운전 상태에 근거하여, 단계(S4)에서는 EGR 쿨러의 재생이 가능한지 여부, 즉 재생에 유리한 운전 상태가 존재하는지 아니면 재생이 개시될 수 없는 상태가 존재하는지 여부가 검사된다.
단계(S4)에서 만약 재생이 불가능하다고 결정되면[단계(S4)에서 "아니오"], 본 발명에 따른 프로세스는 종료한다. 전술한 것처럼, EGR 쿨러의 새로운 진단이 예정된 거리마다 개시되므로, 운전 상태가 바뀌자마자 재생이 개시될 수 있다.
단계(S4)에서 재생이 가능하다고 결정되면[단계(S4)에서 "예"], 단계(S5)에서 EGR 쿨러의 재생이 개시된다.
재생 동안 EGR 쿨러에 공급되는 일부 배기 가스의 온도가 550℃보다 높은 값으로 상승한다. 이를 달성하기 위해, 온도 제어가 실시될 때, EGR 쿨러의 개시 전에 기준 변수로서 배기 온도가 이용되고, 제어 변수로서 엔진(12)의 에어 시스템 및/또는 분사 시스템의 파라미터는, 배기가스 온도의 희망 값에 도달하도록, 제어된다.
실린더 용량이 1.5ℓ인 2단 과급 디젤 엔진에 관한 엔진 특성맵이 예시적으로 도 3에 도시되어 있다. 도면에 도시된 차량은 단지 본 발명의 원리를 설명하기 위한 일례일 뿐이다. 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치는 기본적으로 외부 EGR 냉각 장치를 갖는 모든 엔진에 사용될 수 있으며, 특정 유형의 엔진에 국한되지 않는다.
상측 특성맵에서, 배기 온도(Toff - gas)가 효과적인 중간 압력 및 회전수의 함수로서 도시되어 있다. 하측 특성맵에서, 공연비가 압축 압력 및 회전수의 함수로서 도시되어 있다. 엔진의 극심한 수팅을 억제할 수 있도록, EGR 쿨러의 재생 동안 충분히 높은 배기 온도 밖에서 충분한 공기량이 이용되어야 한다.
배기 온도도 공연비도 대략 3000 1/min의 회전수 및 pme=12 bar의 유효 중간 압력 영역에서부터 충분히 높음을 도 3에서 파악할 수 있다. 부하가 더 커지면 공연비가 너무 낮고, 부하가 더 낮아지면 배기 온도가 더 이상 충분하지 않다. 그러므로 EGR 쿨러의 재생은 대략 R로 표시된 영역 내에서 가능하며, 이때 배기 온도를 높이기 위한 또 다른 조치는 실행할 필요가 없다.
현 실시예에서, 제6단 기어에서 160 내지 200km/h 사이의 정속 주행 범위는 1.5ℓ디젤 엔진을 탑재한 중형 리무진에 상응한다. 그러나 차량의 일반적인 운전 시 그와 같은 높은 속력은 더 오랜 시간에 걸쳐 가끔씩만 가능하거나, 일반적이지 않으므로, 보통은 EGR 쿨러의 재생을 위해 적절한 조치를 통해 배기 온도가 상승해야 한다.
이때 엔진(12)에 유입되는 신선 공기량이 예를 들어 스로틀 밸브의 개방에 의해 또는 터보차저의 제어에 의해 감소하고 그리고/또는 예를 들어 후분사량과 같은 분사 파라미터가 적응된다. 또한, 온도 제어시 EGR 시스템(14)의 부품을 보호하기 위해 최대 온도가 설정될 수 있으며, 재생 프로세스 동안에는 최대 온도가 초과되지 않아야 한다.
또한, EGR 밸브가 EGR 쿨러-바이패스를 지나는 유량을 줄임으로써, 재생 동안 EGR 쿨러에 유입되는 배기 가스량이 증가할 수 있다.
재생 동안 고온의 배기 가스가 EGR 쿨러를 지나가므로, 고온의 배기 가스가 EGR 쿨러의 내벽에 형성된 침착물을 제거하거나 번오프한다. 그럼으로써 EGR 쿨러의 효율이 다시 개선되는데, 이는 침착물에 기인하는 EGR 쿨러 내벽의 열전도성의 악화가 다시 회복될 수 있기 때문이다.
재생 동안 EGR 쿨러의 효율도 차량(10)의 운전 상태도 감시되므로, 차량의 운전 상태가 변하거나 다시 EGR 쿨러의 효율이 충분해지면, 재생이 즉각 중단될 수 있다. 이와 관련하여 전술한 것처럼 여러 가지 엔진 변수 또는 차량 변수 또는 외부 조건들도 검출되어, 보정값으로서 차량(10)의 에어 시스템 및/또는 분사 시스템의 파라미터의 적응을 통해 전술한 온도 제어에 영향을 줄 수 있다.
만약 재생의 실시에도 불구하고 EGR 쿨러의 효율이 계속 떨어진다면, 운전자는 EGR 쿨러를 정비소에서 교환해야 함을 인지하게 된다.
그러므로 본 발명에 따른 방법은 주행 중 EGR 쿨러의 재생을 가능하게 할 뿐만 아니라, 주행 중에 재생될 수 없는 EGR 쿨러의 손상도 신뢰성 있게 검출되어 운전자에게 통지될 수 있다.
그러므로 차량(10)의 EGR 시스템(14)이 장시간의 운전 후에도 여전히 효율적이면서도 신뢰성 있게 동작하는 것이 본 발명에 따른 방법을 통해 보장되므로, 차량(10)의 배기량이 설정된 배출 한계값을 장시간 충족할 수 있다.
본 발명은 기본적으로 외부 배기 가스 재순환 기능을 갖춘 모든 엔진에 적합하다. 이는 특히, 인증 사이클 동안 공급받은 배기 가스 유량을 강력하게 냉각해야 하기 때문에, 종종 EGR 쿨러에서 물의 낙하 및 수팅이 발생하는 디젤 엔진에 적용된다.

Claims (12)

  1. 엔진(12) 및 EGR 쿨러를 포함하는 차량(10)에서 배기 가스 재순환을 제어하는 방법이며, 상기 방법은
    - EGR 쿨러의 효율을 검출하는 단계(S1)와,
    - 검출된 효율이 설정값에 미달하면 EGR 쿨러의 재생이 개시되도록(S5), 엔진(12)의 운전을 제어하는 단계를 포함하는, 배기 가스 재순환 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, EGR 쿨러의 재생(S5)은 EGR 쿨러에 공급되는 배기 가스의 온도 상승을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 재순환 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서, 배기 가스의 온도가 550℃ 이상의 값으로 조정되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 재순환 제어 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 스로틀 밸브의 개도 조정, 터보차저를 통해 유입되는 신선 공기량의 조정, EGR 쿨러에 공급되는 배기 가스량의 증대, 및 엔진(12)의 후분사량의 조정 중 하나 이상의 조치를 통해 배기 온도가 상승하는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 재순환 제어 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 재생에 유리한 주행 상태가 검출되고(S3), 유리한 주행 상태 동안에만 재생이 개시되는(S5) 것을 특징으로 하는, 배기 가스 재순환 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서, 유리한 주행 상태는 차량(10)의 속력, 엔진(12)의 회전수 및 부하, 회전수의 시간에 따른 변량, 배기 온도, 배기 배압, 엔진(12)에 유입되는 신선 공기량, 엔진 온도 및 외부 온도 중 하나 이상을 이용해 검출되는(S3) 것을 특징으로 하는, 배기 가스 재순환 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서, EGR 쿨러의 재생을 위해 엔진의 배기 온도가 충분히 높은 주행 상태가 검출되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 재순환 제어 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 엔진 제어의 에러 조건이 존재하는지 여부, 배기 온도와 엔진 온도 중 하나 이상이 설정 한계값 밖에 있는지 여부, 또는 이들 모두가 재생(S5)의 개시 전에 검사되고, 검사된 각 조건이 충족되지 않은 경우에만(S3) 재생이 개시되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 재순환 제어 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 재생 완료 후(S5) EGR 쿨러의 효율이 검출되고(S1), 재생 완료 이후의 효율이 설정값보다 작으면, 운전자에게 안내 메시지가 송출되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 재순환 제어 방법.
  10. EGR 쿨러를 구비한 엔진(12) 및 제어 유닛(16)을 포함하는 장치이며,
    제어 유닛(16)은 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 배기 가스 재순환을 제어하기 위한 방법을 수행하도록 형성된, 장치.
  11. 데이터 처리 장치에서 실행될 경우 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하는 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 저장 매체.
  12. 제7항에 있어서, EGR 쿨러의 재생을 위해 엔진의 배기 온도가 설정된 온도 문턱값보다 큰 주행 상태가 검출되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 재순환 제어 방법.
KR1020120096346A 2011-09-02 2012-08-31 Ｅｇｒ 쿨러의 재생 방법 및 장치 KR20130025838A (ko)

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