KR20130043926A

KR20130043926A - 내연기관

Info

Publication number: KR20130043926A
Application number: KR1020110108125A
Authority: KR
Inventors: 김형식
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2013-05-02

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 내연기관은, 엔진에서 배출되는 배기가스가 통과하는 배기라인, 상기 배기라인의 일측에 설치되어 배기가스에 포함된 입자상물질을 포집하는 디젤매연필터, 상기 디젤매연필터의 전단부의 배기가스를 흡기라인으로 재순환시키는 고압이지알유닛, 상기 디젤매연필터의 후단부의 배기가스를 상기 흡기라인으로 재순환시키는 저압이지알유닛, 및 상기 엔진의 운전조건에 따라서 상기 고압이지알유닛과 상기 저압이지알유닛의 작동을 각각 제어하는 제어부를 포함한다.
따라서, 차량의 운전조건에 따라서 디젤매연필터에 포집되는 매연양에 따라서 고압이지알시스템 또는 저압이지알시스템을 선택적으로 사용함으로써, 상기 디젤매연필터의 재생주기를 효과적으로 늘릴 수 있다.

Description

내연기관{INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 고압이지알유닛(HP-EGR unit)과 저압이지알유닛(LP-EGR unit)을 이용하여 배기가스를 재순환시켜 연료효율을 향상시키고 유해물질을 효과적으로 저감시키는 내연기관에 관한 것이다.

일반적으로 대부분의 디젤엔진에는 배기가스 규제에 대응하기 위하여 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation, EGR) 시스템이 설치된다.

상기 배기가스 재순환 시스템은 엔진에서 배출되는 배기가스(Exhaust gas)의 일부를 실린더의 흡기 라인으로 되돌려 엔진의 연소 온도를 낮추고, NOx의 발생량을 저감시킨다.

유럽과 북미의 배출가스 규제가 더욱 강화됨에 따라 NOx의 제거가 더욱 중요해졌으며, 재순환되는 배기가스의 온도와 유량을 효율적으로 제어하기 위하여 고압 이지알시스템(high pressure EGR system) 과 더불어 저압 이지알(low pressure EGR system) 시스템이 사용되고 있다.

여기서, 저압이지알시스템은 디젤매연필터의 후단에서 분기되어 배기가스를 흡기라인으로 재순환시키는 것이고, 고압이지알시스템은 디젤매연필터의 전단에서 분기되어 배기가스를 흡기라인으로 재순환시키는 것이다.

저압이지알시스템의 재순환배기가스의 온도는 낮고, 매연성분이 적고, 질소산화물이 일부 제거된 상태로 터보차져의 컴퓨레서 전단부로 공급되므로, 터보차져의 효율이 비교적 높고 연료소모가 줄어든다.

그러나, 저압이지알시스템은 디젤매연필터의 후단에서 분기되므로, 상기 디젤매연필터를 지나는 배기가스의 유량이 증가하여, 상기 디젤매연필터의 재생주기와 관련성이 높다.

본 발명은 디젤매연필터의 전후단에서 각각 분기되는 저압이지알시스템과 고압이지알시스템을 이용하여, 운전조건에 따라서 상기 디젤매연필터의 재생주기를 효과적으로 제어할 수 있는 내연기관을 제공하는 것이 그 목적이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 내연기관에 의하면, 엔진에서 배출되는 배기가스가 통과하는 배기라인, 상기 배기라인의 일측에 설치되어 배기가스에 포함된 입자상물질을 포집하는 디젤매연필터, 상기 디젤매연필터의 전단부의 배기가스를 흡기라인으로 재순환시키는 고압이지알유닛, 상기 디젤매연필터의 후단부의 배기가스를 상기 흡기라인으로 재순환시키는 저압이지알유닛, 및 상기 엔진의 운전조건에 따라서 상기 고압이지알유닛과 상기 저압이지알유닛의 작동을 각각 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 운전조건은 상기 디젤매연필터에 포집되는 포집매연양을 포함한다.

상기 디젤매연필터에 포집된 상기 포집매연양이 최대치(MSL: max soot loading)의 설정값 보다 큰 것으로 판단되면, 상기 저압이지알유닛을 통해서 배기가스는 재순환되지 않고, 상기 고압이지알유닛을 통해서만 배기가스가 재순환되도록 한다.

상기 디젤매연필터에 포집된 상기 포집매연양이 최대치(MSL: max soot loading)의 설정값 이하인 것으로 판단되면, 상기 저압이지알유닛과 상기 고압이지알유닛을 통해서 배기가스가 재순환되도록 한다.

상기 고압이지알유닛을 통해서만 배기가스가 재순환되는 동안에, 상기 디젤매연필터에 포집되는 포집매연양이 최대치보다 커지면 상기 디젤매연필터를 재생시키는 재생모드가 수행된다.

상기 디젤매연필터에 포집되는 상기 포집매연양은 운전조건에 따른 주행모드에 의해서 연산된다.

상기 운전조건은 엔진의 회전속도, 배기가스온도, 및 연료분사량을 포함한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 차량의 운전조건에 따라서 디젤매연필터에 포집되는 매연양에 따라서 고압이지알시스템 또는 저압이지알시스템을 선택적으로 사용함으로써, 상기 디젤매연필터의 재생주기를 효과적으로 늘릴 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저압이지알유닛과 고압이지알유닛을 구비한 내연기관의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저압이지알유닛과 고압이지알유닛을 구비한 내연기관을 제어하기 위한 플로우차트이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저압이지알유닛과 고압이지알유닛을 구비한 내연기관의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 내연기관은 디젤매연필터(100), 저압이지알유닛(110), 고압이지알유닛(120), 및 제어부(130)를 포함하고, 상기 제어부(130)는 운전조건(140)을 입력받는다.

여기서, 상기 운전조건(140)은 엔진속도(150), 배기가스온도(160), 및 연료분사량(170)을 포함한다. 상기 운전조건(140)은 차량이 운전할 때 발생되는 언급되지 않은 모든 조건을 포함할 수 있다.

배기라인에는 상기 디젤매연필터(100)가 배치되고, 상기 디젤매연필터(100)(DPF)는 배기가스를 지나는 입자상물질을 필터링하고 일부 유해물질(NOx, HC, CO 등)을 저감시킨다.

상기 저압이지알유닛(110)은 상기 디젤매연필터(100)의 후단부에서 분기되어 흡기라인의 터빈의 전단으로 배기가스를 재순환시키고, 상기 고압이지알유닛(120)은 상기 디젤매연필터(100)의 전단부에서 분기되어 흡기라인으로 배기가스를 재순환시킨다.

상기 제어부(130)는 상기 저압이지알유닛(110)과 상기 고압이지알유닛(120)을 선택적으로 작동시켜, 배기가스를 재순환시킨다.

본 발명의 실시예에서는 상기 제어부(130)는 상기 디젤매연필터(100)에 포집되는 포집매연양을 연산하고, 그 연산된 포집매연양이 최대치(MSL: max soot loading)와 비교한다.

상기 제어부(130)가 상기 포집매연양을 연산하는 방법은 상기 운전조건(140)을 이용하여 설정된 맵 또는 설정된 프로그램에 의해서 연산한다.

즉, 엔진속도(150)가 높고 연료분사량(170)이 높은 경우에는 포집매연양의 증가율이 증가하고, 배기가스의 온도가 높을 경우에는 자연재생효과에 의해서 포집매연양의 증가율이 감소한다.

실험수치에 의하면, 상기 저압이지알유닛(110)에 의해서 감소되는 이지알가스가 30% 감소하게 되면, 포집매연양에 도달하는 거리는 52% 증가한다.

아울러, 상기 고압이지알유닛(120)만을 적용하는 조건과 비교하여, 상기 저압이지알유닛(110)과 상기 고압이지알유닛(120)을 동시에 작동시키면, 도심모드에서 배기유량이 49% 증가하고, 국도모드에서 배기유량이 52% 증가하며, 고속모드에서 배기유량이 23% 증가한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제어부(130)는 상기 디젤매연필터(100)에 포집되는 포집매연양의 수치가 설정비율, 예를 들어, 70%을 초과하면, 상기 저압이지알유닛(110)은 정지시키고, 상기 고압이지알유닛(120)만을 작동시킨다. 따라서, 상기 디젤매연필터(100)의 재생주기를 늘린다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저압이지알유닛과 고압이지알유닛을 구비한 내연기관을 제어하기 위한 플로우차트이다.

도 2를 참조하면, S200에서 제어가 시작되고, S210에서 비재생 주행이 실행된다. 여기서, 비재생 주행이란 상기 디젤매연필터(100)를 재생하지 않는 상태에서 엔진()이 가동되는 상태를 말한다.

이 조건이 만족되면, S220에서, 운전조건에 따른 주행모드가 선택된다. 즉, 주행모드는 저속, 중속, 고속, 고부하, 저부하, 중부하 등을 포함할 수 있다.

이와 같은 주행모드에 따라서, 상기 디젤매연필터(100)에 포집되는 포집매연양은 다르게 설정된다.

S230에서는 주행모드에 따라서, 상기 디젤매연필터(100)에 포집되는 매연포집양을 설정된 맵 또는 프로그램에 의해서 연산하고, 상기 매연포집량이 설정치(최대치의 70%)를 초과하는 지를 판단한다.

상기 매연포집량이 설정치를 초과하지 않으면, S210으로 리턴되고, 상기 매연포집량이 설정치를 초과하면, S240이 수행된다.

S240에서, 이지알운전모드를 변경한다. 즉, 상기 고압이지알유닛(120)과 상기 저압이지알유닛(110)이 동시에 작동되는 모드를 상기 고압이지알유닛(120)만 작동하는 모드로 전환한다.

상기 고압이지알유닛(120)만 작동되는 운전모드에 따라서, 지속적으로 상기 디젤매연필터(100)에 포집되는 포집매연량을 연산하고, S250에서, 상기 포집매연량이 최대치(MSL; max soot loading)를 초과하는지 판단된다.

상기 포집매연양이 최대치를 초과하면, S260에서 상기 디젤매연필터(100)를 재생하기 위한 재생모드로 진입하고, 상기 포집매연양이 최대치를 초과하지 않으면, S219으로 리턴된다.

S270에서는 상기 디젤매연필터(100)의 재생이 완료되었는지 판단하고, 완료되지 않았으면, S260이 계속적으로 수행되고, 완료되면, S210으로 리턴된다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

100: 디젤매연필터
110: 저압이지알유닛
120: 고압이지알유닛
130: 제어부
140: 운전조건
150: 엔진속도
160: 배기가스온도
170: 연료분사량

Claims

엔진에서 배출되는 배기가스가 통과하는 배기라인;
상기 배기라인의 일측에 설치되어 배기가스에 포함된 입자상물질을 포집하는 디젤매연필터;
상기 디젤매연필터의 전단부의 배기가스를 흡기라인으로 재순환시키는 고압이지알유닛;
상기 디젤매연필터의 후단부의 배기가스를 상기 흡기라인으로 재순환시키는 저압이지알유닛; 및
상기 엔진의 운전조건에 따라서 상기 고압이지알유닛과 상기 저압이지알유닛의 작동을 각각 제어하는 제어부; 를 포함하는 내연기관.
제1항에서,
상기 운전조건은 상기 디젤매연필터에 포집되는 포집매연양을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
제2항에서,
상기 디젤매연필터에 포집된 상기 포집매연양이 최대치(MSL: max soot loading)의 설정값 보다 큰 것으로 판단되면,
상기 저압이지알유닛을 통해서 배기가스는 재순환되지 않고, 상기 고압이지알유닛을 통해서만 배기가스가 재순환되도록 하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
제3항에서,
상기 디젤매연필터에 포집된 상기 포집매연양이 최대치(MSL: max soot loading)의 설정값 이하인 것으로 판단되면,
상기 저압이지알유닛과 상기 고압이지알유닛을 통해서 배기가스가 재순환되도록 하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
제4항에서,
상기 고압이지알유닛을 통해서만 배기가스가 재순환되는 동안에, 상기 디젤매연필터에 포집되는 포집매연양이 최대치보다 커지면 상기 디젤매연필터를 재생시키는 재생모드가 수행되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
제2항에서,
상기 디젤매연필터에 포집되는 상기 포집매연양은 운전조건에 따른 주행모드에 의해서 연산되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
제2항에서,
상기 운전조건은 엔진의 회전속도, 배기가스온도, 및 연료분사량을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.