KR20140146377A - Ｅｇｒ시스템 진단방법 및 이를 이용한 연료분사 제어방법 - Google Patents

Ｅｇｒ시스템 진단방법 및 이를 이용한 연료분사 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 흡기매니폴드 내의 압력을 측정하는 제1측정단계; EGR쿨러와 EGR밸브 사이의 온도 및 압력을 측정하는 제2측정단계; 목표 EGR유량과, 흡기매니폴드 내의 압력과, EGR쿨러와 EGR밸브 사이의 온도 및 압력의 함수를 이용하여, 목표 EGR유량을 만족하기 위한 EGR밸브의 개도면적을 계산 및 결정하는 결정단계; 및 결정된 EGR밸브의 개도면적으로 EGR가스의 배출시, EGR쿨러와 EGR밸브 사이에서 측정되는 온도와 기준온도를 서로 비교하여, EGR쿨러의 이상여부를 진단하는 진단단계;를 포함하여 구성되는 EGR시스템 진단방법 및 이를 이용한 연료분사 제어방법이 소개된다.

Description

ＥＧＲ시스템 진단방법 및 이를 이용한 연료분사 제어방법{METHOD FOR MONITORING EGR SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING FUEL INJECTION BY METHOD FOR MONITORING EGR SYSTEM}
본 발명은 EGR시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 흡기매니폴드 및 EGR라인에서 측정된 압력 및 온도값을 이용하여 EGR쿨러의 효율을 모니터링함으로써, 별도의 배기온도센서 없이 EGR시스템의 고장진단이 가능하고, EGR유량 및 신기의 유량을 계산하여, 엔진의 연료량을 제어 가능하도록 한 EGR시스템 진단방법 및 이를 이용한 연료분사 제어방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 EGR시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, EGR시스템에서 EGR가스의 유량 제어는 ETC(Electronic Throttle actuator Control) 후단의 MAP(Manifold Absolute Pressure)센서를 기준으로 제어하고 있다.
그러나, MAP센서의 신호값 신뢰성이 떨어지는 경우(외란, 고장, 누설 등) EGR유량의 제어 뿐만 아니라, 연소실 내부로 유입되는 신기의 유량에 대한 계산이 부정확하여 연소의 안정성을 맞출 수 없으며, 점화시기 및 밸브오버랩 시간을 조절할 수 없는 문제가 있다.
이에, 이같은 문제를 방지하기 위해 ETC 전단에 MAF(공기량센서)센서를 장착하여 신기량에 대해 정확한 값을 측정하도록 함으로써, MAP센서의 고장과는 관계없이 기본적인 연소성을 확보할 수 있도록 하였다. 또한 MAF센서를 통해 신기량이 측정되면 이를 압력값으로 환산하여 MAP센서에서 측정되는 압력값과 비교하여, 이를 통해 정확한 EGR유량의 제어가 가능하게 되는 것이다.
한편, 상기 EGR시스템에서 EGR쿨러(1)를 적용하는 궁극적인 목적은 EGR쿨러(1)를 통해 EGR가스의 온도를 낮추게 되면, 쿨링된 EGR가스가 연소실 내부로 유입되어 연소실의 온도를 낮추게 되는바, 노킹 발생영역을 억제하게 되고, 이를 통해 점화시기를 진각하여 토크를 향상시키고, 연비를 개선하게 된다.
즉, EGR시스템에서 EGR가스의 온도제어는 여러 가지 측면에서 중요한 제어항목으로 최근 EGR시스템에서는 EGR쿨러를 통해 EGR가스의 온도를 낮추는 시스템의 구성을 가져가고 있다.
여기서, 상기 EGR쿨러는 OBD 법규항목으로서, 북미 CARB의 배출가스 불만족에 대한 고장코드 모니터링, 유럽의 EOBD 강제 모니터링을 만족하기 위해 EGR쿨러의 후단, 즉 EGR밸브의 전단에 온도센서를 장착함으로써, EGR쿨러를 통과한 EGR가스의 온도를 측정하여 EGR쿨러의 효율을 모니터링하고 있다.
그러나, 종래의 EGR시스템에서는 상기와 같이 신기량 제어를 위해 MAF센서가 설치되고, 또한 EGR쿨러의 모니터링을 위해 배기온도센서(2)가 별도 장착됨으로써, MAF센서와 배기온도센서 장착에 필요한 비용이 추가적으로 소모되고, 특히 배기온도센서의 경우 상대적으로 고가의 부품으로서, 원가가 상승하게 되는 문제가 있다.
한편, 종래에 한국 공개특허공보 공개번호 10-2006-0069627호의 "이지알 쿨러의 제어방법"이 소개된바 있다.
그러나, 이같은 방식에 의해서도 EGR시스템에 온도센서가 장착됨으로써, 온도센서 장착에 필요한 부품비용이 증대되는 문제를 해소할 수 없었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2006-0069627 A
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 흡기매니폴드 및 EGR라인에서 측정된 압력 및 온도값을 이용하여 EGR쿨러의 효율을 모니터링함으로써, 별도의 배기온도센서 없이도 EGR시스템의 고장진단이 가능하고, 이를 통해 EGR시스템에서의 배기온도센서를 제거하여 차량의 원가를 절감하도록 한 EGR시스템 진단방법 및 이를 이용한 연료분사 제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 흡기매니폴드 및 EGR라인에서 측정된 압력값을 통해 EGR유량 및 신기의 유량을 계산하여, 엔진의 연료량을 제어 가능하도록 한 EGR시스템 진단방법 및 이를 이용한 연료분사 제어방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 흡기매니폴드 내의 압력을 측정하는 제1측정단계; EGR쿨러와 EGR밸브 사이의 온도 및 압력을 측정하는 제2측정단계; 목표 EGR유량과, 흡기매니폴드 내의 압력과, EGR쿨러와 EGR밸브 사이의 온도 및 압력의 함수를 이용하여, 목표 EGR유량을 만족하기 위한 EGR밸브의 개도면적을 계산 및 결정하는 결정단계; 및 결정된 EGR밸브의 개도면적으로 EGR가스의 배출시, EGR쿨러와 EGR밸브 사이에서 측정되는 온도와 기준온도를 서로 비교하여, EGR쿨러의 이상여부를 진단하는 진단단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
차량의 주행상태를 반영하는 출력요소가 기준치 이상인지 판단하여 진단가능 여부를 판단하는 판단단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 흡기매니폴드 내부에 제1통합센서가 설치되어, 흡기의 압력 및 온도를 함께 측정하며; 상기 EGR쿨러와 EGR밸브 사이에 제2통합센서가 설치되어, EGR가스의 압력 및 온도를 함께 측정할 수 있다.
상기 결정단계에서, 목표 EGR유량은 EGR밸브의 목표개도면적에 따라 결정됨으로써, EGR밸브의 개도면적을 상기 목표개도면적에 만족되도록 계산 및 결정하여 목표 EGR유량을 만족시킬 수 있다.
상기 진단단계는, 상기 EGR쿨러와 EGR밸브 사이에서 측정된 온도가 기준온도를 초과시, EGR쿨러를 고장으로 진단하는 고장진단단계; 상기 EGR쿨러와 EGR밸브 사이에서 측정된 온도가 기준온도 이하시, EGR쿨러를 정상으로 진단하는 정상진단단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 정상진단단계는, EGR밸브의 개도면적을 측정하는 제3측정단계; 흡기매니폴드 내의 압력과, EGR쿨러와 EGR밸브 사이의 온도 및 압력과, EGR밸브의 개도면적의 함수로 EGR밸브를 통과하는 EGR가스의 질량유량값을 계산하는 제1계산단계; 계산된 상기 EGR가스의 질량유량값을 압력값으로 변환하는 제1변환단계; 상기 흡기매니폴드 내의 압력과, 상기 변환단계에서 변환된 압력값의 함수로 신기의 압력값을 계산하는 제2계산단계; 및 계산된 상기 신기의 압력값을 신기의 질량유량값으로 변환하는 제2변환단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 EGR밸브의 개도면적은 EGR밸브 포지션센서에 의해 측정될 수 있다.
상기 제1변환단계에서는, EGR가스의 질량유량값과, EGR가스가 EGR밸브를 통과하여 유동되는 도관의 단위면적과, EGR쿨러와 EGR밸브 사이의 온도의 함수를 이용하여 EGR가스의 질량유량값을 압력값으로 변환할 수 있다.
상기 제2변환단계에서는, 신기의 압력과, 신기가 흡기매니폴드로 유입되는 도관의 단위면적과, 흡기매니폴드 내의 온도의 함수를 이용하여 신기의 압력값을 신기의 질량유량값으로 변환할 수 있다.
한편, 상기 EGR시스템 진단방법을 이용하여 연료분사량을 제어하는 방법으로서, EGR밸브의 개도면적을 측정하는 제3측정단계; 흡기매니폴드 내의 압력과, EGR쿨러와 EGR밸브 사이의 온도 및 압력과, EGR밸브의 개도면적의 함수로 EGR밸브를 통과하는 EGR가스의 질량유량값을 계산하는 제1계산단계; 계산된 상기 EGR가스의 질량유량값을 압력값으로 변환하는 제1변환단계; 상기 흡기매니폴드 내의 압력과, 상기 변환단계에서 변환된 압력값의 함수로 신기의 압력값을 계산하는 제2계산단계; 계산된 상기 신기의 압력값을 신기의 질량유량값으로 변환하는 제2변환단계; 및 신기의 질량유량값에 따라 연료분사량을 제어하는 제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1변환단계에서는, EGR가스의 질량유량값과, EGR가스가 EGR밸브를 통과하여 유동되는 도관의 단위면적과, EGR쿨러와 EGR밸브 사이의 온도의 함수를 이용하여 EGR가스의 질량유량값을 압력값으로 변환할 수 있다.
상기 제2변환단계에서는, 신기의 압력과, 신기가 흡기매니폴드로 유입되는 도관의 단위면적과, 흡기매니폴드 내의 온도의 함수를 이용하여 신기의 압력값을 신기의 질량유량값으로 변환할 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 법규항목인 EGR쿨러의 효율 모니터링을 EGR가스의 온도를 측정하기 위한 배기온도센서 없이 흡기매니폴드 및 EGR라인에서 측정되는 압력 및 온도를 이용하여 모니터링을 수행함으로써, 배기온도센서 제거를 통해 원가를 절감하는 효과가 있고, 시스템 구성 및 모니터링 항목의 단순화로 비이상적인 제어를 줄여 시스템 에러를 줄이고 EGR시스템의 품질 확보가 용이한 효과가 있다.
도 1은 종래의 EGR시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 EGR시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 EGR시스템 진단방법을 간략하게 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 의한 EGR시스템 진단방법 및 이를 이용한 연료분사 제어방법의 진단 및 제어흐름을 설명하기 위한 순서도.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 EGR시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 의한 EGR시스템 진단방법을 간략하게 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 의한 EGR시스템 진단방법 및 이를 이용한 연료분사 제어방법의 진단 및 제어흐름을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 EGR시스템 진단방법은 크게, 제1측정단계(S10)와, 제2측정단계(S20)와, 결정단계(S30) 및 진단단계(S40)를 포함하여 구성된다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 흡기매니폴드(10) 내의 압력을 측정하는 제1측정단계(S10); EGR쿨러(20)와 EGR밸브(24) 사이의 온도 및 압력을 측정하는 제2측정단계(S20); 목표 EGR유량과, 흡기매니폴드(10) 내의 압력과, EGR쿨러(20)와 EGR밸브(24) 사이의 온도 및 압력의 함수를 이용하여, 목표 EGR유량을 만족하기 위한 EGR밸브(24)의 개도면적을 계산 및 결정하는 결정단계(S30); 및 결정된 EGR밸브(24)의 개도면적으로 EGR가스의 배출시, EGR쿨러(20)와 EGR밸브(24) 사이에서 측정되는 온도와 기준온도를 서로 비교하여, EGR쿨러(20)의 이상여부를 진단하는 진단단계(S40);를 포함하여 구성된다.
즉, 상기 제1측정단계(S10)에서는, 신기를 흡기매니폴드(10)에 유입시키는 스로틀밸브(14)의 후단에 제1통합센서(12)가 설치되어, 상기 흡기매니폴드(10) 내의 흡기 압력을 측정할 수 있다. 이때, 상기 제1통합센서(12)는 온도와 압력이 동시에 측정 가능한 MAP센서일 수 있는 것으로, 흡기매니폴드(10) 내의 압력과 온도를 함께 측정하게 된다. 여기서, 상기 스로틀밸브(14)는 ETC일 수 있다.
그리고, 상기 제2측정단계(S20)에서는, EGR쿨러(20)의 전단과 EGR밸브(24)의 후단 사이에 제2통합센서(22)가 설치되어, 상기 EGR쿨러(20)와 EGR밸브(24) 사이의 EGR가스 압력을 측정할 수 있다. 이때, 상기 제2통합센서(22)는 온도와 압력이 동시에 측정 가능한 MAP센서일 수 있는 것으로, EGR쿨러(20)와 EGR밸브(24) 사이의 압력과 온도를 함께 측정하게 된다.
상기 구조에 의해, EGR쿨러(20)를 통과한 EGR가스가 EGR밸브(24)를 통해 흡기매니폴드(10) 내부에 유입될 수 있다.
아울러, 본 발명은 제1측정단계(S10) 이전에 차량의 주행상태를 반영하는 출력요소가 기준치 이상인지 판단하여 진단가능 여부를 판단하는 판단단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 차량의 주행상태를 반영하는 출력요소는 차속, 엔진회전수, 흡기량 등일 수 있는 것으로, 일례로 차속이 20km/h 이상이고, 엔진회전수(rpm)이 800rpm 이상이며, 흡기량이 200kg/h 이상인 경우, EGR시스템의 진단을 계속적으로 수행하게 되고, 그 미만인 경우 EGR밸브(24)를 폐쇄 제어하거나, EGR시스템의 작동을 정지시켜 EGR시스템의 진단을 실시하지 않을 수 있다.
상기 결정단계(S30)에서는, 차량의 주행상태를 반영하도록 맵핑된 목표 EGR유량과, 제1통합센서(12)에서 측정되는 압력과, 제2통합센서(22)에서 측정되는 온도 및 압력의 함수를 이용함으로써, 상기 목표 EGR유량을 만족하기 위한 EGR밸브(24)의 개도면적을 계산하고, 계산된 EGR밸브(24)의 개도면적으로 EGR밸브(24)의 개도량을 결정한다.
상기 결정단계(S30)에서 결정되는 EGR밸브(24)의 개도면적은 일반적으로 아래의 수학식 1로 표현된다.
(수학식 1)
mp = A1 · f(T2) · f(P1, P2)
즉, 상기 식에서 mp은 목표 EGR유량이며,
A1은 계산이 필요한 EGR밸브(24)의 개도면적이고,
T2는 제2통합센서(22)를 통해 측정되는 온도이며,
P1 및 P2는 제1통합센서(12) 및 제2통합센서(22)를 통해 측정되는 압력이다.
여기서, T2가 f(T2)에 입력되어 도출되는 상수와, P1 및 P2가 f(P1, P2)에 입력되어 도출되는 상수에 관하여는 한국 공개특허공보 10-2000-0064611 A1과, 미국 특허 US 5714683 B1 등에 기재된 내용을 참고할 수 있다.
이때, 상기 결정단계(S30)에서는 목표 EGR유량이 EGR밸브(24)의 목표개도면적에 따라 결정된다. 따라서, EGR밸브(24)의 개도면적을 상기 목표개도면적에 만족되도록 계산 및 결정하여 목표 EGR유량을 만족시킬 수 있게 된다.
진단단계(S40)에서는, 상기 결정단계(S30)에서 결정된 EGR밸브(24)의 개도면적으로 EGR밸브(24)를 통해 EGR가스의 배출시, EGR쿨러(20)와 EGR밸브(24) 사이 즉, 제2통합센서(22)를 통해 측정되는 온도와 기준온도를 서로 비교하여, EGR쿨러(20)의 이상여부를 진단할 수 있다.
구체적으로, 상기 진단단계(S40)는, 고장진단단계와, 정상진단단계를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 고장진단단계에서는 상기 EGR쿨러(20)와 EGR밸브(24) 사이에서 측정된 온도가 기준온도를 초과시, EGR쿨러(20)를 고장으로 진단하고, 이어서 EGR밸브(24)를 폐쇄 제어하거나 혹은 EGR시스템의 작동을 정지시키게 된다.
그리고, 정상진단단계에서는 상기 EGR쿨러(20)와 EGR밸브(24) 사이에서 측정된 온도가 기준온도 이하시, EGR쿨러(20)를 정상으로 진단하고, EGR밸브(24)의 개도면적을 PWM제어를 통해 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 흡기매니폴드(10)에 설치된 제1통합센서(12)와, EGR쿨러(20)와 EGR밸브(24) 사이에 설치된 제2통합센서(22)를 이용하여 EGR쿨러(20)의 효율을 진단하게 됨으로써, 기존의 상대적으로 고가의 부품인 배기온도센서를 사용하지 않고도 EGR쿨러(20)의 효율 진단이 가능하고, 이를 통해 배기온도센서의 제거가 가능하여 EGR시스템의 원가를 절감하게 된다.
한편, 상기 정상진단단계는, EGR밸브(24)의 개도면적을 측정하는 제3측정단계; 흡기매니폴드(10) 내의 압력과, EGR쿨러(20)와 EGR밸브(24) 사이의 온도 및 압력과, EGR밸브(24)의 개도면적의 함수로 EGR밸브(24)를 통과하는 EGR가스의 질량유량값을 계산하는 제1계산단계; 계산된 상기 EGR가스의 질량유량값을 압력값으로 변환하는 제1변환단계; 상기 흡기매니폴드(10) 내의 압력과, 상기 변환단계에서 변환된 압력값의 함수로 신기의 압력값을 계산하는 제2계산단계; 및 계산된 상기 신기의 압력값을 신기의 질량유량값으로 변환하는 제2변환단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 제3측정단계에서 측정되는 EGR밸브(24)의 개도면적은 EGR밸브(24) 포지션센서에 의해 측정될 수 있다.
상기 제1계산단계에서 EGR밸브(24)를 통과하는 EGR가스의 질량유량값은 일반적으로 아래의 수학식 2로 표현된다.
(수학식 2)
m2 = A2 · f(T2) · f(P1, P2)
즉, 상기 식에서 m2는 EGR밸브(24)를 통과하는 EGR가스의 질량유량이며,
A2는 EGR밸브(24) 포지션센서에 의해 측정되는 EGR밸브(24)의 개도면적이고,
T2는 제2통합센서(22)를 통해 측정되는 온도이며,
P1 및 P2는 제1통합센서(12) 및 제2통합센서(22)를 통해 측정되는 압력이다.
따라서, 상기 수학식 2를 통해 EGR밸브(24)를 통과하는 EGR가스의 질량유량을 계산할 수 있게 된다.
아울러, 상기 제1변환단계에서는, EGR가스의 질량유량값과, EGR가스가 EGR밸브(24)를 통과하여 유동되는 도관의 단위면적과, EGR쿨러(20)와 EGR밸브(24) 사이의 온도의 함수를 이용하여 EGR가스의 질량유량값을 압력값으로 변환할 수 있다.
상기 제1변환단계에서 변환되는 EGR가스의 압력값은 아래의 수학식 3으로 표현된다.
(수학식 3)
P3·V2 = n2·R·T2
P3 = n2·R·T2 / V2
n2 = 배기가스 분자량/EGR밸브(24)를 통과하는 EGR가스의 질량유량(m2)
즉, 상기 식에서 P3는 EGR밸브(24)를 통과하는 EGR가스의 압력값이며,
R은 기체상수이고,
T2는 제2통합센서(22)를 통해 측정되는 온도이며,
V2는 EGR가스가 EGR밸브(24)를 통과하여 유동되는 도관의 단위면적이다.
이때, 상기 배기가스 분자량은 공지된 배기가스 분자량이 이용될 수 있다.
따라서, 상기 수학식 3을 통해 EGR밸브(24)를 통과하는 EGR가스의 질량유량값을 EGR가스의 압력값으로 변환할 수 있다.
한편, 상기 제2계산단계에서 스로틀밸브(14)를 통과하는 신기의 압력은 아래의 수학식 4로 표현된다.
(수학식 4)
신기의 압력(P4) = P1 - P3
즉, 상기 식에서 P4는 신기의 압력이며,
P1은 제1통합센서(12)에서 측정되는 압력이고,
P3는 EGR밸브(24)를 통과하는 EGR가스의 압력이다.
따라서, 상기 수학식 4를 통해 신기의 압력을 계산할 수 있게 된다.
아울러, 상기 제2변환단계에서는, 신기의 압력과, 신기가 흡기매니폴드(10)로 유입되는 도관의 단위면적과, 흡기매니폴드(10) 내의 온도의 함수를 이용하여 신기의 압력값을 신기의 질량유량값으로 변환할 수 있다.
상기 제2변환단계에서 변환되는 신기의 질량유량값은 아래의 수학식 5로 표현된다.
(수학식 5)
P4·V1 = n1·R·T1
n1 = R·T1 / P4 ·V1
n1 = 신기 분자량/신기의 질량유량(m1)
즉, 상기 식에서 P4는 신기의 압력값이며,
R은 기체상수이고,
T1은 제1통합센서(12)를 통해 측정되는 온도이며,
V1은 신기가 스로틀밸브(14)를 통과하여 흡기매니폴드(10) 내로 유입되는 도관의 단위면적이다.
이때, 상기 신기 분자량은 공지된 신기의 분자량이 이용될 것이다.
따라서, 상기 수학식 5를 통해 신기의 압력값을 신기의 질량유량값으로 변환할 수 있다.
이같은 구성에 따라, 상기 EGR쿨러(20)의 효율이 정상으로 진단된 경우, EGR밸브(24)의 개도면적을 PWM(pulse width modulation)제어하면서 EGR가스를 흡입하게 되는데, 이때 EGR밸브(24)를 통과하는 EGR가스의 질량유량 및 압력값을 계산하고, 이를 이용하여 신기의 압력값 및 질량유량을 계산하게 된다.
한편, 본 발명은 상기 EGR시스템 진단방법을 이용하여 연료분사를 제어하게 된다.
구체적으로, EGR밸브(24)의 개도면적을 측정하는 제3측정단계; 흡기매니폴드(10) 내의 압력과, EGR쿨러(20)와 EGR밸브(24) 사이의 온도 및 압력과, EGR밸브(24)의 개도면적의 함수로 EGR밸브(24)를 통과하는 EGR가스의 질량유량값을 계산하는 제1계산단계; 계산된 상기 EGR가스의 질량유량값을 압력값으로 변환하는 제1변환단계; 상기 흡기매니폴드(10) 내의 압력과, 상기 변환단계에서 변환된 압력값의 함수로 신기의 압력값을 계산하는 제2계산단계; 계산된 상기 신기의 압력값을 신기의 질량유량값으로 변환하는 제2변환단계; 및 신기의 질량유량값에 따라 연료분사량을 제어하는 제어단계;를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 제1변환단계에서는, EGR가스의 질량유량값과, EGR가스가 EGR밸브(24)를 통과하여 유동되는 도관의 단위면적과, EGR쿨러(20)와 EGR밸브(24) 사이의 온도의 함수를 이용하여 EGR가스의 질량유량값을 압력값으로 변환할 수 있다.
또한, 상기 제2변환단계에서는, 신기의 압력과, 신기가 흡기매니폴드(10)로 유입되는 도관의 단위면적과, 흡기매니폴드(10) 내의 온도의 함수를 이용하여 신기의 압력값을 신기의 질량유량값으로 변환할 수 있다.
즉, 상기 제1변환단계 및 제2변환단계와, 상기 제1계산단계 및 제2계산단계에서 계산되는 값들은 전술한 수학식2 내지 수학식 5를 통해 표현될 수 있다.
따라서, 상기 제어단계에서는 제2변환단계에서 변환 및 계산되는 신기의 질량유량값에 따라 연료분사량을 제어할 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 EGR시스템 진단방법 및 이를 이용한 연료분사 제어방법의 진단 및 제어흐름을 살펴본다.
먼저, 엔진의 시동 이후에 차속과, 엔진회전수와, 흡기량을 측정하여 이들이 기준치 이상인 경우 EGR시스템의 진단을 계속해서 수행하고, 기준치 미만인 경우 EGR시스템의 진단을 수행하기 않게 된다.
이어서, EGR시스템을 진단하는 경우, 차량의 주행상태를 반영하도록 목표 EGR유량을 설정하고, 제1통합센서(12)를 통해 흡기매니폴드(10) 내의 압력을 측정하고, 제2통합센서(22)를 통해 EGR쿨러(20)와 EGR밸브(24) 사이의 압력 및 온도를 측정한다.
그리고, 제1통합센서(12)에서 측정된 압력과, 제2통합센서(22)에서 측정된 압력 및 온도를 수학식 1에 대입하여 목표 EGR유량을 만족하기 위한 EGR밸브(24)의 개도면적을 계산하여 결정함으로써, EGR밸브(24)를 통과하는 EGR가스의 유량을 목표 EGR유량에 대응하도록 조절한다.
이때, 상기 제2통합센서(22)에 온도를 측정하여, 측정된 온도가 기준온도를 초과하면 EGR쿨러(20)의 고장으로 진단하여 EGR밸브(24)의 폐쇄제어 또는 EGR시스템의 작동을 정지시키고, 측정된 온도가 기준온도 이하인 경우 EGR쿨러(20)를 정상으로 진단한다.
한편, EGR쿨러(20)가 정상으로 진단된 경우, EGR밸브(24)의 개도면적을 제어하여 EGR밸브(24)를 통과하는 EGR가스의 유량을 제어하게 된다.
이때, 제1통합센서(12)에서 측정된 압력과, 제2통합센서(22)에서 측정된 압력 및 온도와, EGR밸브(24) 포지션센서에서 측정된 개도면적을 수학식 2에 대입하여 EGR밸브(24)를 통과하는 EGR가스의 질량유량값을 계산한다.
이어서, 계산된 EGR가스의 질량유량값과, EGR밸브(24) 후단의 도관 단위면적과, 제2통합센서(22)에서 측정된 온도를 수학식 3에 대입하여 EGR가스의 질량유량값을 압력값으로 변환 및 계산한다.
그리고, 제1통합센서(12)에서 측정되는 압력과, EGR밸브(24)를 통과하는 EGR가스의 압력의 차로 신기의 압력을 계산한다.
이어서, 계산된 신기의 압력과, 스로틀밸브(14) 후단의 도관의 단위면적과, 제1통합센서(12)에서 측정된 온도를 수학식 5에 대입하여 신기의 압력을 신기의 질량유량값으로 변환 및 계산한다.
따라서, 측정된 신기의 질량유량에 따라 정해진 연료분사맵으로 엔진에 분사되는 연료분사량을 제어하게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 흡기매니폴드 12 : 제1통합센서
14 : 스로틀밸브 20 : EGR쿨러
22 : 제2통합센서 24 : EGR밸브
S10 : 제1측정단계 S20 : 제2측정단계
S30 : 결정단계 S40 : 진단단계

Claims (12)

  1. 흡기매니폴드 내의 압력을 측정하는 제1측정단계;
    EGR쿨러와 EGR밸브 사이의 온도 및 압력을 측정하는 제2측정단계;
    목표 EGR유량과, 흡기매니폴드 내의 압력과, EGR쿨러와 EGR밸브 사이의 온도 및 압력의 함수를 이용하여, 목표 EGR유량을 만족하기 위한 EGR밸브의 개도면적을 계산 및 결정하는 결정단계; 및
    결정된 EGR밸브의 개도면적으로 EGR가스의 배출시, EGR쿨러와 EGR밸브 사이에서 측정되는 온도와 기준온도를 서로 비교하여, EGR쿨러의 이상여부를 진단하는 진단단계;를 포함하는 EGR시스템 진단방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    차량의 주행상태를 반영하는 출력요소가 기준치 이상인지 판단하여 진단가능 여부를 판단하는 판단단계;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 EGR시스템 진단방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡기매니폴드 내부에 제1통합센서가 설치되어, 흡기의 압력 및 온도를 함께 측정하며;
    상기 EGR쿨러와 EGR밸브 사이에 제2통합센서가 설치되어, EGR가스의 압력 및 온도를 함께 측정하는 것을 특징으로 하는 EGR시스템 진단방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 결정단계에서,
    목표 EGR유량은 EGR밸브의 목표개도면적에 따라 결정됨으로써, EGR밸브의 개도면적을 상기 목표개도면적에 만족되도록 계산 및 결정하여 목표 EGR유량을 만족시키는 것을 특징으로 하는 EGR시스템 진단방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 진단단계는,
    상기 EGR쿨러와 EGR밸브 사이에서 측정된 온도가 기준온도를 초과시, EGR쿨러를 고장으로 진단하는 고장진단단계;
    상기 EGR쿨러와 EGR밸브 사이에서 측정된 온도가 기준온도 이하시, EGR쿨러를 정상으로 진단하는 정상진단단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 EGR시스템 진단방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 정상진단단계는,
    EGR밸브의 개도면적을 측정하는 제3측정단계;
    흡기매니폴드 내의 압력과, EGR쿨러와 EGR밸브 사이의 온도 및 압력과, EGR밸브의 개도면적의 함수로 EGR밸브를 통과하는 EGR가스의 질량유량값을 계산하는 제1계산단계;
    계산된 상기 EGR가스의 질량유량값을 압력값으로 변환하는 제1변환단계;
    상기 흡기매니폴드 내의 압력과, 상기 변환단계에서 변환된 압력값의 함수로 신기의 압력값을 계산하는 제2계산단계; 및
    계산된 상기 신기의 압력값을 신기의 질량유량값으로 변환하는 제2변환단계;
    를 포함하는 EGR시스템 진단방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 EGR밸브의 개도면적은 EGR밸브 포지션센서에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 EGR시스템 진단방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1변환단계에서는,
    EGR가스의 질량유량값과, EGR가스가 EGR밸브를 통과하여 유동되는 도관의 단위면적과, EGR쿨러와 EGR밸브 사이의 온도의 함수를 이용하여 EGR가스의 질량유량값을 압력값으로 변환하는 것을 특징으로 하는 EGR시스템 진단방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2변환단계에서는,
    신기의 압력과, 신기가 흡기매니폴드로 유입되는 도관의 단위면적과, 흡기매니폴드 내의 온도의 함수를 이용하여 신기의 압력값을 신기의 질량유량값으로 변환하는 것을 특징으로 하는 EGR시스템 진단방법.
  10. 청구항 1에 기재된 EGR시스템 진단방법을 이용하여 연료분사량을 제어하는 방법으로서,
    EGR밸브의 개도면적을 측정하는 제3측정단계;
    흡기매니폴드 내의 압력과, EGR쿨러와 EGR밸브 사이의 온도 및 압력과, EGR밸브의 개도면적의 함수로 EGR밸브를 통과하는 EGR가스의 질량유량값을 계산하는 제1계산단계;
    계산된 상기 EGR가스의 질량유량값을 압력값으로 변환하는 제1변환단계;
    상기 흡기매니폴드 내의 압력과, 상기 변환단계에서 변환된 압력값의 함수로 신기의 압력값을 계산하는 제2계산단계;
    계산된 상기 신기의 압력값을 신기의 질량유량값으로 변환하는 제2변환단계; 및
    신기의 질량유량값에 따라 연료분사량을 제어하는 제어단계;
    를 포함하는 EGR시스템 진단방법을 이용한 연료분사량 제어방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1변환단계에서는,
    EGR가스의 질량유량값과, EGR가스가 EGR밸브를 통과하여 유동되는 도관의 단위면적과, EGR쿨러와 EGR밸브 사이의 온도의 함수를 이용하여 EGR가스의 질량유량값을 압력값으로 변환하는 것을 특징으로 하는 EGR시스템 진단방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2변환단계에서는,
    신기의 압력과, 신기가 흡기매니폴드로 유입되는 도관의 단위면적과, 흡기매니폴드 내의 온도의 함수를 이용하여 신기의 압력값을 신기의 질량유량값으로 변환하는 것을 특징으로 하는 EGR시스템 진단방법.
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