KR20130057839A - Ｅｇｒ밸브 및 이를 이용한 ｅｇｒ 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

Ｅｇｒ밸브 및 이를 이용한 ｅｇｒ 제어 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130057839A
KR20130057839A KR1020110123792A KR20110123792A KR20130057839A KR 20130057839 A KR20130057839 A KR 20130057839A KR 1020110123792 A KR1020110123792 A KR 1020110123792A KR 20110123792 A KR20110123792 A KR 20110123792A KR 20130057839 A KR20130057839 A KR 20130057839A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
egr
flap
engine
exhaust
control
Prior art date
Application number
KR1020110123792A
Other languages
English (en)
Inventor
남기훈
김형민
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020110123792A priority Critical patent/KR20130057839A/ko
Publication of KR20130057839A publication Critical patent/KR20130057839A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F02D41/0052—Feedback control of engine parameters, e.g. for control of air/fuel ratio or intake air amount
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/34—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with compressors, turbines or the like in the recirculation passage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/35—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with means for cleaning or treating the recirculated gases, e.g. catalysts, condensate traps, particle filters or heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/45—Sensors specially adapted for EGR systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D21/00—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas
    • F02D21/06—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air
    • F02D21/08—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air the other gas being the exhaust gas of engine
    • F02D2021/083—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air the other gas being the exhaust gas of engine controlling exhaust gas recirculation electronically
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

본 발명은 EGR 통로와 배기관이 교차되는 모서리 부분에 설치되는 회전축과 상기 회전축의 일측에 장착되어 상기 EGR 통로를 개폐하는 EGR 플랩과 상기 회전축의 타측에 장착되어 상기 배기관을 개폐하는 배기 플랩 및 상기 회전축에 연결되어 회전 구동력을 제공하는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 및 이를 이용한 EGR 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면 배압과 LP-EGR을 동시에 신속하고 정확하게 제어할 수 있으며, 차량의 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

ＥＧＲ밸브 및 이를 이용한 ＥＧＲ 제어 시스템 및 방법{EGR VALVE AND SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING EGR USING THE SAME}
본 발명은 EGR 밸브 및 이를 이용한 EGR 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저압 배기가스 재순환 시스템(LP-EGR 시스템)에 적용되어 배압과 EGR양을 동시에 제어할 수 있는 EGR 밸브 및 이를 이용한 EGR 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 엔진에서 배출되는 배기가스 중에는 CO, HC, 및 NOx(질소화합물) 등과 같은 유해 성분이 다량 포함되어 있어, 오염물질인 NOx와 같은 에미션(Emission)을 줄이기 위해서 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation, EGR) 시스템을 적용하게 된다.
이와 같은 배기가스 재순환 시스템에서는 연소 후 배출되는 배기 가스의 일부를 흡입 혼합 기에 포함시켜 연소 실로 유입시킴으로써, 혼합기의 자체 공연비는 변화시키지 않으면서 혼합기의 밀도를 저하시켜 연소 온도를 저하시키는 특성을 갖게 된다.
즉, 상기 배기가스 재순환 시스템은 엔진의 운전 상태에 따라 NOx와 같은 에미션(Emission)을 저감시킬 필요가 있을 때, 배기 가스의 일부를 EGR 밸브를 통하여 흡기 인테이크에 제공하여 혼합기와 함께 연소 실로 유입시키면, 상기 연소실로 유입된 배기 가스는 불활성 가스로서 흡입 가스의 체적은 변화하지 않으므로 상대적으로 혼합기의 밀도가 저하되어 화염의 전파 속도를 저하시킴으로써 연소속도가 저하되고, 이에 따라 연소 온도의 상승을 방지하여 NOx와 같은 에미션(Emission)의 발생을 줄여 주게 된다.
도 1은 종래기술에 따른 EGR 밸브를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 저압 배기가스 재순환(LP-EGR) 시스템에 적용되는 EGR 밸브는 EGR 흐름을 조절하는 LP-EGR 플랩(10)과 배기가스의 흐름을 제어하는 Main Exhaust 플랩(11)을 하나의 회전축에 함께 설치하여 한 개의 D/C 모터(9)를 통해 동시에 제어하였다. 그리고 상기 LP-EGR 플랩(10)과 Main Exhaust 플랩(11)은 서로 90도 각도를 가지고 회전축에 장착됨으로써 필요한 LP-EGR 양을 고려하여 Main Exhaust 플랩(11)을 닫으면 닫혀지는 개도에 따라 배압이 증감되도록 구성되었다.
그러나 상기와 같은 종래기술의 EGR 밸브의 경우 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 배기관(3) 내부에 두 개의 LP-EGR 플랩(10)과 Main Exhaust 플랩(11)과 이를 설치하기 위한 통로(4, 12)를 모두 구비해야 하므로 공간적인 제약으로 인해 실질적으로 적용이 어려운 문제가 있고, 이를 설치하기 위해서는 시간과 비용이 많이 소모되는 문제가 있다.
또한. 상기와 같은 종래의 EGR 밸브가 적용한다고 하더라도 공간적인 제약으로 인해 LP-EGR 플랩(10)과 Main Exhaust 플랩(11)의 크기와 자유도가 제한되므로 동일한 배압 조건에서 LP-EGR을 충분히 공급하기 위해서는 Main Exhaust 플랩(11)을 더 많이 닫아야 하고, 이로 인해 배압 및 펌핑 로스(Pumping Loss)가 증대되어 연비 측면에서 손실이 발생되는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, LP-EGR 양과 배압을 동시에 제어할 수 있으면서, 공간적이 제약을 극복하여 원가를 절감하고 연비를 향상시킬 수 있고, 제어가 용이한 EGR 밸브 및 이를 이용한 EGR 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 실시예에서는 EGR 밸브 를 제공한다. 몇몇 실시예에서, 상기 EGR 밸브는, EGR 통로와 배기관이 교차되는 모서리 부분에 설치되는 회전축; 상기 회전축의 일측에 장착되어 상기 EGR 통로를 개폐하는 EGR 플랩; 상기 회전축의 타측에 장착되어 상기 배기관을 개폐하는 배기 플랩; 및 상기 회전축에 연결되어 회전 구동력을 제공하는 모터;를 포함할 수 있다.
상기 EGR 플랩과 상기 배기 플랩은 서로 연결된 하나의 플레이트로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 EGR 플랩의 리키지(Leakage)를 방지하고, 최대 개도를 제어하기 위하여 상기 EGR 통로 또는 상기 배기관의 내주면에 설치되는 스토퍼(Stopper)를 더 포함 할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 EGR 밸브를 이용한 EGR 제어 방법을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 상기 EGR 밸브를 이용한 EGR 제어 방법은 엔진의 스피드 및 연료량을 포함하여 상기 엔진의 상태를 측정하는 단계; 공기량을 측정하여 측정된 공기량이 목표 공기량을 추종하도록 상기 EGR 밸브를 PID 제어하는 단계; 및 상기 엔진의 상태에 따라 공기량의 목표값을 설정하고 이를 고려하여 상기 모터의 PWM 듀티(Duty) 제어신호를 생성하는 피드포워드 제어 단계;를 포함할 수 있다.
상기 차량의 긴급 상황 발생 여부를 판단하는 단계 및 상기 차량에 긴급 상황이 발생한 경우 상기 배기 플랩이 상기 배기관을 100% 닫도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 EGR 밸브를 이용한 EGR 제어 시스템을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 상기 EGR 밸브를 이용한 EGR 제어 시스템은 엔진의 스피드 및 연료량을 포함한 상기 엔진의 상태를 측정하는 측정부; 상기 엔진의 외부에서 유입되는 공기량을 측정하는 센서부; 상기 센서부에서 측정된 공기량이 목표 공기량을 추종하도록 상기 EGR 밸브를 제어하는 PID 제어부; 및 상기 엔진의 상태에 따라 공기량의 목표값을 설정하고 이를 고려하여 상기 모터의 PWM 듀티(Duty) 제어신호를 생성하는 피드포워드 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 차량에 긴급 상황이 발생한 경우 상기 배기 플랩이 상기 배기관을 100% 닫도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 EGR 밸브에 의하면 EGR 플랩과 배기 플랩을 회전축에 연결하여 함께 제어할 수 있으므로 배압과 LP-EGR 양을 동시에 제어할 수 있고, 이를 통해 충분한 양의 LP-EGR을 공급할 수 있게 되므로 배압을 감소시켜 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 EGR 밸브를 이용한 EGR 제어 시스템 및 방법에 의하면 배압과 LP-EGR 양을 동시에 제어할 수 있는 본 발명의 EGR 밸브를 이용하여 PID 제어와 피드포워드 제어를 함께 실시함으로써 신속하고 정확하게 EGR 밸브의 개도를 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 EGR 밸브를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 EGR 밸브의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 EGR 밸브가 LP-EGR 시스템에 장착된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 EGR 밸브를 이용한 EGR 제어 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 EGR 밸브를 이용한 EGR 제어 방법의 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 EGR 밸브(10)의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 EGR 밸브(10)가 저압 배기가스 재순환 시스템(LP-EGR 시스템)에 장착된 상태를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 EGR 밸브(10)는 EGR 통로(31)와 배기관(41)이 교차되는 모서리 부분에 설치되는 회전축(20)과, 상기 회전축(20)의 일측에 장착되어 상기 EGR 통로(31)를 개폐하는 EGR 플랩(30)과, 상기 회전축(20)의 타측에 장착되어 상기 배기관(41)을 개폐하는 배기 플랩(40) 및 상기 회전축(20)에 연결되어 회전 구동력을 제공하는 모터(50)를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 EGR 밸브(10)는 하나의 회전축(20)의 양측으로 EGR 플랩(30)과 배기 플랩(40)이 형성되어 회전축(20)의 회전에 의해 EGR 통로(31)와 배기관(41)을 선택적으로 개폐시키게 된다.
하나 또는 다수의 실시예에서 상기 회전축(20)은 도 3에 실시예로 도시된 바와 같이 배기관(41)과 EGR 통로(31)가 교차되는 지점에 설치된다. 도 3에 실시예로 도시된 바와 같이 LP-EGR 시스템은 터보 차져의 터빈(35)을 지난 배기가스를 디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC)(43)와 촉매여과부(Catalytic Particulate Filter, CPF)(42)를 거쳐 일부는 배기관(41)을 통해 외부로 배출하고, 일부는 상기 배기관(41)에서 분기되는 EGR 통로(31)를 통해 EGR 쿨러(32)를 지나 컴프레셔(Compressor)(34) 전단의 흡기통로(33)로 재순환되도록 구성된다.
하나 또는 다수의 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 배기관(41)과 상기 EGR 통로(31)가 교차되는 부분의 외측 모서리 부분에 상기 회전축(20)을 설치할 수 있다. 그리고 상기와 같이 회전축(20)을 설치하기 위해서 하나 또는 다수의 실시예에서 배기관(41)과 EGR 통로(31)는 90도 각도로 교차되도록 형성하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 회전축(20)의 양측으로는 EGR 플랩(30)과 배기 플랩(40)이 장착된다. 상기 EGR 플랩(30)과 배기 플랩(40)은 각각 상기 EGR 통로(31)와 배기관(41)를 개폐시킬 수 있도록 그에 대응되는 형상으로 형성된다.
상기 회전축(20)은 모터(50)에 연결되어 상기 모터(50)를 제어하는 ECU의 제어에 의해 소정 각도 범위에서 회전하게 된다. 하나 또는 다수의 실시예에서 상기 모터(50)는 DC 모터(50)가 될 수 있다.
또한, 하나 또는 다수의 실시예에서 상기 EGR 플랩(30)과 상기 배기 플랩(40)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 플레이트(60)로 형성될 수 있다. 즉, EGR 플랩(30)과 배기 플랩(40)을 연결하여 직선형 플레이트(60) 형상으로 일체적으로 형성함으로써 상기 회전축(20)의 회전에 의해 EGR 플랩(30)과 배기 플랩(40)이 연동하여 회전되도록 한다.
도 3에 도시된 실시예를 기준으로 보면, A의 경우 회전축(20)의 회전에 의해 상기 플레이트(60)의 EGR 플랩(30) 부분이 상기 EGR 통로(31)를 완전히 차단하게 되고 이와 연동되어 배기 플랩(40)은 완전히 열리게 된다. 따라서 모든 배기가스는 배기관(41)을 통해 외부로 배출된다.
한편 도 3의 B의 경우에는 회전축(20)에 연결된 플레이트(60)가 45도 정도의 각도로 기울어져 있으므로 EGR 통로(31)와 배기관(41) 모두 소정 간격만큼 열려있게 된다. 따라서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 엔진에서 배출되는 배기가스 중 일부는 배기관(41)을 통해 외부로 배출되고, 일부는 EGR 통로(31)를 통과하여 EGR 쿨러(32)를 지나 터보차져의 컴프레서(34) 전단으로 재순환된다.
그리고 도 3의 C의 경우는 A와 반대의 경우로서 상기 플레이트(60)의 배기 플랩(40) 부분이 배기관(41)을 완전히 차단하고 이와 연동되어 EGR 플랩(30)은 EGR 통로(31)를 완전히 개방하게 배치된다. 따라서, 모든 배기가스가 EGR 쿨러(32)를 지나 터보차져의 컴프레서(34) 전단으로 재순환된다.
그러나 상술한 바와 같이 상기 EGR 플랩(30)과 상기 배기 플랩(40)을 하나의 직선형 플레이트(60)로 형성하는 것은 하나의 실시예일뿐이고, 경우에 따라서는 EGR 플랩(30)과 배기 플랩(40) 사이에 소정 각도가 형성되도록 상기 회전축(20)의 양측에 배치할 수도 있으며, EGR 플랩(30)과 배기 플랩(40)의 크기 및 형상도 양측의 EGR 통로(31)와 배기관(41)의 형상에 따라 다르게 형성할 수 있다.
한편, 상기 EGR 플랩(30)의 리키지(Leakage)를 방지하고, 최대 개도를 제어하기 위하여 상기 EGR 통로(31) 또는 상기 배기관(41)의 내주면에 설치되는 스토퍼(70)(Stopper)를 더 포함할 수 있다.
하나 또는 다수의 실시예에서 상기 스토퍼(70)(Stopper)는 도 2에 도시된 바와 같이 EGR 통로(31)의 내주면의 테두리를 따라서 소정 두께로 형성할 수 있다(70A). 상기 EGR 플랩(30)이 완전하게 닫히게 되는 경우 상기 스토퍼(70)와 밀착되므로 이 부분을 통해 배기가스가 누설되는 것이 방지된다. 이러한 스토퍼(70)는 상기 배기관(41) 측에도 설치되어 배기 플랩(40)의 리키지를 방지할 수도 있다(70B).
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 배기관(41)의 내주면에 소정 두께로 스토퍼(70B)를 설치하여 상기 EGR 플랩(30)의 최대 개도를 설정할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면 EGR 플랩(30)과 배기 플랩(40)이 하나의 직선형 플레이트(60)로 형성되어 함께 회전하게 되므로 상기 배기 플랩(40)이 작동하게 되는 영역인 배기관(41)의 내주면에 도 2와 같이 스토퍼(70B)를 설치하여 그 작동 범위를 제한하게 되면 상기 EGR 플랩(30)의 최대 개도도 동시에 정해지게 된다.
따라서, 상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 EGR 밸브(10)에 의하면 EGR 플랩(30)과 배기 플랩(40)을 회전축(20)에 연결하고, 이를 모터(50)를 이용하여 함께 제어할 수 있으므로 배압과 LP-EGR 양을 동시에 제어할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 EGR 밸브(10)의 경우 도 3에 도시된 바와 같이 EGR 통로(31)의 크기가 배기관(41)의 크기와 동일한 정도로 충분히 크게 형성될 수 있으므로 동일한 배압 조건에서 종래기술 보다 더 많은 LP-EGR을 공급할 수 있게 된다. 따라서, 종래기술에 비해 배기 플랩을 많이 닫지 않더라도 충분한 양의 LP-EGR을 공급할 수 있게 되므로 배압을 감소시켜 연비를 향상시킬 수 있게 된다.
이하에서는 상기와 같은 본 발명의 EGR 밸브(10)를 이용한 EGR 제어 시스템(100)에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 EGR 밸브(10)를 이용한 EGR 제어 시스템(100)의 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 EGR 밸브(10)를 이용한 EGR 제어 시스템(100)은, 엔진의 스피드 및 연료량을 포함한 상기 엔진의 상태를 측정하는 측정부(200)와, 상기 엔진의 외부에서 유입되는 공기량을 측정하는 센서부(300)와, 상기 센서부(300)에서 측정된 공기량이 목표 공기량을 추종하도록 상기 EGR 밸브(10)를 제어하는 PID 제어부(400) 및 상기 엔진의 상태에 따라 공기량의 목표값을 설정하고 이를 고려하여 상기 모터(50)의 PWM 듀티(Duty) 제어신호를 생성하는 피드포워드 제어부(500)를 포함할 수 있다.
상기 측정부(200)는 상기 엔진의 상태를 측정하는 부분으로서, 엔진의 스피드 즉 회전수(RPM)과 연료량 등을 측정하여 차량의 ECU에 제공한다. 이를 위해서 상기 측정부(200)에는 엔진 회전수 센서, 연료 유입량 센서, 가속 패달 개도각 센서, 온도 센서 등이 포함될 수 있다.
차량의 ECU는 상기 엔진 회전수 센서, 연료 유입량 센서 및 가속 패달 개도각 센서를 포함하는 각종 센서와 연결되어 엔진 회전수, 연료 유입량, 가속 패달 개도각 변화를 포함하는 엔진의 작동상태 정보를 입수하여 EGR 밸브(10)를 제어한다.
본 발명 실시예에 따르면 엔진의 스피드(회전수) 정보와 연료량 정보를 포함한 엔진의 상태 정보는 도 4에 도시된 바와 같이 PID 제어부(400)와 피드포워드(Feedfoward) 제어부(500)로 전송된다. 하나 또는 다수의 실시예에서 상기 PID 제어부(400)와 피드포워드 제어부(500)는 차량의 ECU의 일 구성 부분이 될 수도 있으며, 다른 실시예에서는 ECU와 별개로 각각 독립적인 제어부가 될 수도 있다.
즉, 본 발명은 상기 PID 제어부(400)에 의한 PID 제어와 상기 피드포워드 제어부(500)에 의한 피드포워드 제어를 함께 실시한다.
상기 PID 제어부(400)는 PID 제어를 실시하며, 이는 피드백 제어의 일종으로, 비례(Proportional) 제어와 비례 적분(Proportional-Integral) 제어, 비례 미분(Proportional-Derivative) 제어를 조합하여 모터(50)의 회전을 정밀하게 제어하는 것이다.
보다 구체적으로 도 4에 도시된 바와 같이 상기 측정부(200)에서 측정된 엔진 상태 정보를 근거로 설정부(410)에서 목표 공기량을 설정하고 그 정보는 상기 PID 제어부(400)로 전송된다. PID 제어부(400)에서는 상기 센서부(300)에서 측정된 실제 공기량과 상기 목표 공기량을 비교하여 실제 측정된 공기량이 상기 목표 공기량을 추종하도록 PWM 듀티(duty) 신호를 생성하고, 이를 통해 모터(50) 및 이에 연결된 회전축(20)을 구동시킴으로써 상기 EGR 밸브(10)의 개도를 제어한다. 상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 EGR 밸브(10)는 상기 회전축(20)의 양측에 EGR 플랩(30)과 배기 플랩(40)이 직선형 플레이트(60)로 서로 연결되어 있으므로 배압과 LP-EGR 양을 동시에 제어할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 EGR 제어 시스템(100)은 상기 PID 제어와 더불어 피드포워드 제어도 함께 실시한다.
피드포워드 제어는 피드백 제어와 달리 제어량의 값을 목표치와 비교하여 일치시키려고 하는 정정동작을 하지 않고 제어하는 방식으로서 본 발명의 경우 상기 피드포워드 제어부(500)에서 이를 실시한다. 피드백 제어와 같이 정정 동작을 하는 제어방식은 외부의 영향을 개선하는 이점이 있는 반면에 시간지연에 의한 시스템의 안정도를 저하시키는 경향이 있다. 그러나 피드포워드 제어는 피드백 동작을 취하지 않고 제어함으로써 신속하고 안정적으로 제어할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 도 4에 도시된 바와 같이 측정부(200)에서 엔진 상태 정보가 전송되면 상기 피드포워드 제어부(500)에서는 그에 대응되는 공기량의 목표값을 설정하고 이를 고려하여 상기 모터(50)의 PWM 듀티(Duty) 제어신호를 생성한다. 이는 실제 측정된 공기량과 관계 없이 엔진의 상태 별로 그에 대응되는 공기량의 목표값을 설정하고 이를 통해 모터(50)의 제어신호를 생성하는 방식으로서 이러한 관계에 대하여 프리 컨트롤 맵(Pre-control Map)을 미리 설정하여 제어할 수 있다.
이러한 피드포워드 제어는 특히 저속/저 부하 시 응답성을 높여 줄뿐만 아니라 목표와 실제 값 차이에 따른 공기 량의 흔들림(Oscillation)을 줄여 엔진의 울컥거림도 방지할 수 있는 효과도 가진다.
한편, 차량이나 엔진에 긴급 상황이 발생한 경우에는 차량의 ECU에서 PID 제어나 피드포워드 제어와 별도로 차량의 ECU 등의 제어부에서 상기 배기 플랩(40)을 100% 닫도록 명령함으로써 신속하게 엔진이 셧 다운(Shut Down)되도록 제어할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 EGR 밸브(10)를 이용한 EGR 제어 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 EGR 밸브(10)를 이용한 EGR 제어 방법의 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 EGR 밸브(10)를 이용한 EGR 제어 방법은 엔진의 스피드 및 연료량을 포함하여 상기 엔진의 상태를 측정하는 단계(S10)와, 공기량을 측정하여 측정된 공기량이 목표 공기량을 추종하도록 상기 EGR 밸브(10)를 PID 제어하는 단계(S20)와, 상기 엔진의 상태에 따라 공기량의 목표값을 설정하고 이를 고려하여 상기 모터(50)의 PWM 듀티(Duty) 제어신호를 생성하는 피드포워드 제어 단계(S30)를 포함할 수 있다.
먼저, 자동차 엔진의 상태를 측정하는 단계(S10)를 실시한다. 엔진의 상태 정보에 는 엔진의 스피드 즉 회전수와 연료량 등을 포함하여 여러 가지 정보가 포함될 수 있다. 엔진의 상태와 관련된 정보는 엔진 회전수 센서, 연료 유입량 센서, 가속 패달 개도각 센서, 온도 센서 등을 통해 차량의 ECU에 제공될 수 있다.
그 다음 도 5에 도시된 바와 같이 PID 제어하는 단계(S20)와 피드포워드 제어하는 단계(S30)를 각각 실시한다.
PID 제어하는 단계(S20)에서는 우선 자동차의 공기량 측정 센서 등으로부터 측정된 공기량 정보를 수신한다(S21).
그 다음 상기 엔진 상태 정보 등을 근거로 목표 공기량을 설정하고(S23) 이를 상기 측정된 공기량 정보와 비교하여 판단하며(S24) 그 정보는 PID 제어부로 전송되어 PID 제어부에서 상기 본 발명의 실싱예에 따른 EGR 밸브(10)를 제어함으로써 측정되는 공기량이 목표 공기량에 도달하도록 제어한다(S25).
상기 PID 제어에 의해 EGR 밸브(10)를 제어한(S25) 이후에 다시 상기 엔진 상태 측정 단계로 돌아가서(S26) 엔진의 스피드(RPM)와 연료량 등을 측정하고, 공기량을 측정하는 단계 및 목표 공기량과 비교 판단하는 단계를 반복하여 실시함으로써 피드백 제어를 실시하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 EGR 제어 방법은 상기 PID 제어와 더불어 피드포워드 제어도 실시한다(S30).
피드포워드 제어는 상기 PID 제어와는 달리 피드백 동작을 취하지 않고 엔진의 상태 정보를 토대로 즉각적으로 제어하게 된다.
즉 상기 엔진 상태 측정단계에서 전송된 엔진의 상태 정보를 토대로 목표 공기량을 설정하고(S31), 목표 공기량에 대한 모터(50)의 PWM 듀티(Duty) 제어신호를 생성함으로써 직접적으로 EGR 밸브(10)를 제어하게 된다(S32). 이를 PWM 제어라고도 하며, 직류 모터(50)의 정역전 회전수를 제어하는 방식이다. 대용량의 스위칭 트랜지스터를 사용하여 이때 얼어나는 펄스의 폭을 변화시킴으로써 직류 모터(50)에 공급되는 전압을 조정한다.
또한, 상기 엔진 상태에 대한 목표 공기량과 PWM 듀티 제어신호와의 관계에 대하여 프리 컨트롤 맵(Pre-control Map)을 미리 설정하여 제어할 수 있다.
이러한 피드포워드 제어 단계(S30)는 특히 저속/저 부하 시 응답성을 높여 줄뿐만 아니라 목표와 실제 값 차이에 따른 공기 량의 흔들림(Oscillation)을 줄여 엔진의 울컥거림도 방지할 수 있는 효과도 가진다.
한편, 차량이나 엔진에 긴급 상황이 발생한 경우(S22)에는 차량의 ECU 등의 제어부에서 상기 배기 플랩(40)을 100% 닫도록 제어함으로써(S27) 신속하게 엔진이 셧 다운(Shut Down)되도록 제어할 수 있다.
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.
10: EGR 밸브 20: 회전축
30: EGR 플랩 40: 배기 플랩
50: 모터 60: 플레이트
70: 스토퍼 100: EGR 제어시스템
200: 측정부 300: 센서부
400: PID 제어부 500: 피드포워드 제어부

Claims (7)

  1. EGR 통로와 배기관이 교차되는 모서리 부분에 설치되는 회전축;
    상기 회전축의 일측에 장착되어 상기 EGR 통로를 개폐하는 EGR 플랩;
    상기 회전축의 타측에 장착되어 상기 배기관을 개폐하는 배기 플랩; 및
    상기 회전축에 연결되어 회전 구동력을 제공하는 모터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 EGR 플랩과 상기 배기 플랩은 서로 연결된 하나의 플레이트로 형성되는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 EGR 플랩의 리키지(Leakage)를 방지하고, 최대 개도를 제어하기 위하여 상기 EGR 통로 또는 상기 배기관의 내주면에 설치되는 스토퍼(Stopper)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브.
  4. 제1항의 EGR 밸브를 이용한 EGR 제어 방법에 있어서,
    엔진의 스피드 및 연료량을 포함하여 상기 엔진의 상태를 측정하는 단계;
    공기량을 측정하여 측정된 공기량이 목표 공기량을 추종하도록 상기 EGR 밸브를 PID 제어하는 단계;
    상기 엔진의 상태에 따라 공기량의 목표값을 설정하고 이를 고려하여 상기 모터의 PWM 듀티(Duty) 제어신호를 생성하는 피드포워드 제어 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브를 이용한 EGR 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 차량의 긴급 상황 발생 여부를 판단하는 단계 및
    상기 차량에 긴급 상황이 발생한 경우 상기 배기 플랩이 상기 배기관을 100% 닫도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브를 이용한 EGR 제어 방법.
  6. 제1항의 EGR 밸브를 이용한 EGR 제어 시스템에 있어서,
    엔진의 스피드 및 연료량을 포함한 상기 엔진의 상태를 측정하는 측정부;
    상기 엔진의 외부에서 유입되는 공기량을 측정하는 센서부;
    상기 센서부에서 측정된 공기량이 목표 공기량을 추종하도록 상기 EGR 밸브를 제어하는 PID 제어부;
    상기 엔진의 상태에 따라 공기량의 목표값을 설정하고 이를 고려하여 상기 모터의 PWM 듀티(Duty) 제어신호를 생성하는 피드포워드 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브를 이용한 EGR 제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 차량에 긴급 상황이 발생한 경우 상기 배기 플랩이 상기 배기관을 100% 닫도록 제어하는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브를 이용한 EGR 제어 시스템.
KR1020110123792A 2011-11-24 2011-11-24 Ｅｇｒ밸브 및 이를 이용한 ｅｇｒ 제어 시스템 및 방법 KR20130057839A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110123792A KR20130057839A (ko) 2011-11-24 2011-11-24 Ｅｇｒ밸브 및 이를 이용한 ｅｇｒ 제어 시스템 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110123792A KR20130057839A (ko) 2011-11-24 2011-11-24 Ｅｇｒ밸브 및 이를 이용한 ｅｇｒ 제어 시스템 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130057839A true KR20130057839A (ko) 2013-06-03

Family

ID=48857318

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110123792A KR20130057839A (ko) 2011-11-24 2011-11-24 Ｅｇｒ밸브 및 이를 이용한 ｅｇｒ 제어 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20130057839A (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150058875A (ko) 2013-11-21 2015-05-29 현대자동차주식회사 배기가스 재순환 장치 및 그 제어방법
KR20180065373A (ko) * 2016-12-07 2018-06-18 현대오트론 주식회사 Nh3 슬립 방지 시스템 및 방법
KR20180067820A (ko) 2016-12-13 2018-06-21 현대자동차주식회사 Egr 시스템
KR20210034255A (ko) * 2019-09-20 2021-03-30 주식회사 현대케피코 차량 전자 제어 장치 및 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150058875A (ko) 2013-11-21 2015-05-29 현대자동차주식회사 배기가스 재순환 장치 및 그 제어방법
KR20180065373A (ko) * 2016-12-07 2018-06-18 현대오트론 주식회사 Nh3 슬립 방지 시스템 및 방법
KR20180067820A (ko) 2016-12-13 2018-06-21 현대자동차주식회사 Egr 시스템
KR20210034255A (ko) * 2019-09-20 2021-03-30 주식회사 현대케피코 차량 전자 제어 장치 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1870584B1 (en) Exhaust gas recirculation device of internal combustion engine, and control method of the device
JP4215069B2 (ja) 内燃機関の排気還流装置
JP5393506B2 (ja) エンジンの吸気系に用いられる制御弁の制御装置及び制御方法
JP4251073B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP4715799B2 (ja) 内燃機関の排気還流装置
CN103732902A (zh) 固定比率egr系统
JP4251660B2 (ja) 内燃機関の排気再循環制御装置
CN104747307A (zh) 应用egr系统的增压汽油机的控制方法、系统及车辆
JP4442643B2 (ja) 内燃機関の排気浄化制御装置
KR101886095B1 (ko) Egr 장치가 구비된 엔진 시스템
WO2013111385A1 (ja) 内燃機関の制御装置
KR20130057839A (ko) Ｅｇｒ밸브 및 이를 이용한 ｅｇｒ 제어 시스템 및 방법
JP2011528767A (ja) ガソリン熱エンジンの排ガス循環回路の制御方法、及び対応する再循環システム
US10138802B2 (en) Position control of flow control valves near endstops
JP2007247445A (ja) 内燃機関の吸気制御装置
WO2018116677A1 (ja) 内燃機関の制御装置
US7658098B2 (en) Method for controlling vehicle emissions
JP4765966B2 (ja) 内燃機関の排気還流装置
JP2008150978A (ja) 内燃機関の排気還流装置
JP5700389B2 (ja) 内燃機関の吸入空気量制御方法
JP2009127590A (ja) 内燃機関の異常判定装置および異常判定方法
US11143124B2 (en) Systems and methods for exhaust gas recirculation valve calibration
JP2011226437A (ja) Ｅｇｒシステムの異常検出装置及び異常検出方法
KR101896317B1 (ko) Egr 장치가 구비된 엔진 시스템
GB2505918A (en) Method of Controlling an Electromagnetic Valve of a Fuel Injection System

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination