KR20170041319A - 차량의 이지알 시스템 제어방법 - Google Patents

차량의 이지알 시스템 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 촉매의 파손 여부를 판단하여 이지알 밸브의 개도량을 제어하는 차량의 이지알 시스템 제어방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 이지알 시스템 제어방법은 촉매와 이지알(EGR) 시스템이 적용된 차량에서 배기가스 순환유량을 제어하는 방법으로서, 시동 온 상태에서 이지알(EGR) 작동구간인지 판단하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계에서 이지알 작동구간으로 판단된 구간에서 촉매 열화 진단 로직에 의해 촉매열화지수를 연산하고, 엔진의 실화(misfire) 감지 로직에 의해 실화 여부를 감지하는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계에서 연산된 촉매열화지수가 제 1 설정값 이상인지 판단하여 촉매열화지수 이상 여부를 판단하고, 감지된 실화의 회수가 기준 기간 내에 설정된 회수 이상인지 판단하여 실화회수 이상 여부를 판단하는 제 3 단계와; 상기 제 3 단계에서 판단된 촉매열화지수 이상 여부와 실화회수 이상 여1부에 따라 이지알 밸브의 개도량을 제어하는 제 4 단계를 포함한다.

Description

차량의 이지알 시스템 제어방법{METHOD FOR CONTROL EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 이지알 시스템 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 촉매의 파손 여부를 판단하여 이지알 밸브의 개도량을 제어하는 차량의 이지알 시스템 제어방법에 관한 것이다.
EGR(Exhaust Gas Recirculation) 시스템은, 엔진의 연소실 내에 배가되는 배기가스의 일부를 엔진의 흡기라인으로 재순환 시키는 시스템으로서, 고온 조건과 높은 산소 농도 조건에서 쉽게 발생되는 질소산화물을 저감시키는 기술이다.
도 1은 일반적인 차량의 이지알 시스템의 일예를 보여주는 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 차량의 이지알 시스템은 엔진(10)과, 엔진(10)으로 연소용 공기를 흡입시키는 흡입 매니폴더(20)와, 엔진에서 연소된 배기가스가 배기되는 배기 매니폴더(30)와, 배기 매니폴더(30) 상에 설치되어 배기가스 중의 유해물질을 정화하는 촉매(40)와; 촉매(40)의 후단에 설치되어 유해물질이 정화된 배기가스를 흡입 매니폴더(20)로 재순환시키는 이지알 배관(50)과; 이지알 배관(50)에 설치되어 이지알 배관(50)으로 순환되는 배기가스의 유량을 제어하는 이지알 밸브(60)를 포함한다. 그래서, 이지알 밸브(60)를 ECU(70)를 통해 제어하여 배기가스의 유량을 제어한다.
이렇게 촉매(40)의 후단에 이지알 배관(50)을 연결하여 배기가스를 흡입 매니폴더(20)로 재순환하는 이유는 촉매(40)를 통해 정화된 배기가스를 재순환하여 배기가스에 포함되어 있는 유해물질이나 이물질을 정화시킨 배기가스를 재순환하여 흡입 매니폴더(20)에 주입하기 위한 것이며, 이로 인해 엔진(10)의 파손 방지, 흡기 밸브부의 이물 퇴적 방지 및 이물에 의한 자기점화 방지를 달성할 수 있는 장점이 있기 때문이다.
이러한 이지알 시스템 구성, 즉 촉매(40)의 후단부에 이지알 배관(50)을 연결하는 경우 전술된 장점을 얻을 수 있지만, 용융(melting)이나 노화(aging, 열화)에 의한 촉매(40) 내부의 셀이 손상되거나, 배기가스에 의해 촉매(40) 내부의 셀이 탈락되어 촉매(40) 후방으로 유출되는 문제가 발생하기도 한다.
이런 상태에서 이지알 밸브(60)를 작동하고 있으면 이물질은 엔진(10)으로 그대로 유입된다. 이 경우 이지알 배관(50), 쿨러(미도시) 및 이지알 밸브(60)의 막힘, 엔진(10) 흡기 밸브의 막힘을 유발할 수 있고, 유량 제어 불량에 의해 실화(misfire) 및 노킹(knocking)이 발생할 수 있어 엔진(10)이 파손되거나 정지하는 위험한 상황이 발생할 수 있다.
공개특허 10-2005-0030030 (2005. 03. 29)
본 발명은 엔진에서의 실화발생 여부 및 촉매의 열화정도를 감지하여 촉매의 파손 여부를 판단하여 이지알 밸브의 개도량을 제어하는 차량의 이지알 시스템 제어방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 이지알 시스템 제어방법은 촉매와 이지알(EGR) 시스템이 적용된 차량에서 배기가스 순환유량을 제어하는 방법으로서, 시동 온 상태에서 이지알(EGR) 작동구간인지 판단하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계에서 이지알 작동구간으로 판단된 구간에서 촉매 열화 진단 로직에 의해 촉매열화지수를 연산하고, 엔진의 실화(misfire) 감지 로직에 의해 실화 여부를 감지하는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계에서 연산된 촉매열화지수가 제 1 설정값 이상인지 판단하여 촉매열화지수 이상 여부를 판단하고, 감지된 실화의 회수가 기준 기간 내에 설정된 회수 이상인지 판단하여 실화회수 이상 여부를 판단하는 제 3 단계와; 상기 제 3 단계에서 판단된 촉매열화지수 이상 여부와 실화회수 이상 여1부에 따라 이지알 밸브의 개도량을 제어하는 제 4 단계를 포함한다.
상기 제 2 단계에서 촉매 열화 진단 로직에 의해 촉매열화지수를 연산하는 과정은 촉매의 전단 및 후단의 배기가스 중 산소 농도를 측정하여 촉매의 전단에서 측정된 산소농도의 피크 대 피크 진폭(Peak-to-peak amplitude) 값과 촉매의 후단에서 측정된 산소농도의 피크 대 피크 진폭(Peak-to-peak amplitude) 값을 비교하여 연산하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 단계에서 촉매열화지수는 하기의 [식 1]에 의해 연산되는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00001
------ [식 1]
여기서, '산소농도의 진폭rear'는 촉매의 후단 배기가스에서 측정되는 산소 농도의 진폭을 의미하고, '산소농도의 진폭front'는 촉매의 전단 배기가스에서 측정되는 산소농도의 진폭을 의미함.
상기 제 2 단계에서 엔진의 실화(misfire) 감지 로직에 의해 실화 여부를 감지하는 과정은 엔진의 크랭크 각도 변화를 검출하여 세그먼트(segment)별 지속시간(duration)을 연산하고, 연산된 세그먼트(segment)별 지속시간(duration) 값으로 실린더별 엔진 러프니스(roughness)를 연산하여, 연산된 실린더별 엔진 러프니스(roughness) 값이 제 2 설정값 이상이면 실화로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 4 단계는 촉매열화지수 이상으로 판단되는 동시에 실화회수 이상으로 판단되는 경우에 이지알 밸브를 차단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 엔진의 실화를 감지하고, 촉매의 노화를 감지하여 이를 토대로 이지알 밸브의 개도량을 제어함에 따라 촉매에서 방출된 이물질이 엔진으로 유입되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이에 따라 이지알 배관, 쿨러 및 이지알 밸브의 막힘, 엔진 흡기 밸브의 막힘을 방지하여 엔진이 파손되거나 정지하는 위험한 상황이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 차량의 이지알 시스템의 일예를 보여주는 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 이지알 시스템 제어방법을 보여주는 순서도이며,
도 3은 촉매의 손상 여부에 따라 촉매의 전단 및 후단에서 산소센서에 의해 각각 측정되는 산소농도의 진폭을 보여주는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
먼저, 본 발명에 일실시예에 따른 차량의 이지알 시스템 제어방법은 도 1과 같이 촉매와 이지알(EGR) 시스템이 적용된 차량에서 배기가스 순환유량을 제어하는 방법이다.
앞서 설명된 바와 같이 촉매와 이지알 시스템이 적용된 차량의 구성을 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이 도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 차량의 이지알 시스템은 엔진(10)과, 엔진(10)으로 연소용 공기를 흡입시키는 흡입 매니폴더(20)와, 엔진(10)에서 연소된 배기가스가 배기되는 배기 매니폴더(30)와, 배기 매니폴더(30) 상에 설치되어 배기가스 중의 유해물질을 정화하는 촉매(40)와; 촉매(40)의 후단에 설치되어 유해물질이 정화된 배기가스를 흡입 매니폴더(20)로 재순환시키는 이지알 배관(50)과; 이지알 배관(50)에 설치되어 이지알 배관(50)으로 순환되는 배기가스의 유량을 제어하는 이지알 밸브(60)를 포함한다.
그래서, 연소용 공기가 흡입 매니폴더(20)를 통하여 엔진(10)으로 흡입된 다음 연소되고, 연소된 배기가스는 배기 매니폴더(30)를 통하여 배기된다. 배기 매니폴더(30)로 배기되는 배기가스는 촉매(40)를 통과하면서 유해물질이 정화된다. 이렇게 유해물질이 정화된 배기가스 중 일부는 이지알 배관(50)을 통하여 흡입 매니폴더(20)로 재순환된다. 이때 이지알 배관(50)을 통하여 흡입 매니폴더(20)로 재순환되는 배기가스의 유량은 이지알 배관(50) 상에 설치되는 이지알 밸브(60)의 개도량을 제어함으로써 제어된다.
한편, 촉매(40)가 손상되는 경우가 발생하는데, 예를 들어 엔진 실화(misfire)에 의한 미연소 가스가 촉매(40) 전단에서 발화하여 촉매(40)가 용융(melting)되거나, 촉매(40) 내부 부품의 노화가 발생하는 경우에 배기가스에 의해 손상된 부분이 촉매(40)에서 탈락되면서 촉매(40)의 후방으로 방출된다.
본 발명에 따른 이지알 시스템의 제어방법은 촉매(40)의 노화가 감지되고, 엔진(10)의 실화(misfire)가 감지되는 경우, 이지알 밸브(60)의 제어를 중단 또는 제한하여 촉매(40)에서 방출된 이물질이 엔진(10)으로 유입되지 않게 하면 촉매(40)에서 방출된 이물질이 엔진(10)으로 유입되는 것을 방지할 수 있다는 사실에 착안하여 제안되었다.
상기와 같은 구성에 적용되는 본 발명의 일실시예에 따른 이지알 시스템의 제어방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 이지알 시스템 제어방법을 보여주는 순서도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 먼저, 차량의 시동이 온(on) 상태에서 이지알(EGR) 시스템이 작동되는 구간인지 판단한다.(제 1 단계; S100) 여기서, 이지알(EGR) 시스템이 작동된다는 의미는 엔진(10)에서 배기되는 배기가스를 촉매(40)에서 정화한 다음, 그 일부는 이지알 배관(50)을 통하여 흡입 매니폴더(20)로 재순환 시키는 모드가 작동된 것을 의미하는 것이다.
그래서 이지알(EGR) 시스템이 작동되는 구간에서는 촉매열화지수를 연산하고, 엔진 실화(misfire)를 감지한다.(제 2 단계; S200)
촉매열화지수를 연산하는 것은 촉매 열화 진단 로직에 의해서 열화 정도를 연산하는 것으로서, 그 과정은 촉매(40)의 전단 및 후단의 배기가스 중 산소 농도를 측정하여 촉매(40)의 전단에서 측정된 산소농도의 피크 대 피크 진폭(Peak-to-peak amplitude) 값과 촉매의 후단에서 측정된 산소농도의 피크 대 피크 진폭(Peak-to-peak amplitude) 값을 비교하여 연산하는 것이다.
예를 들어 촉매열화지수는 하기의 [식 1]에 의해 연산된다.
Figure pat00002
------ [식 1]
여기서, '산소농도의 진폭rear'는 촉매(40)의 후단 배기가스에서 측정되는 산소 농도의 진폭을 의미하고, '산소농도의 진폭front'는 촉매(40)의 전단 배기가스에서 측정되는 산소농도의 진폭을 의미한다.
한편, 엔진 실화(misfire)를 감지하는 것은 엔진의 실화(misfire) 감지 로직에 의해 실화 여부를 감지하는 것으로서, 그 과정은 엔진(10)의 크랭크 각도 변화를 검출하여 세그먼트(segment)별 지속시간(duration)을 연산하고, 연산된 세그먼트(segment)별 지속시간(duration) 값으로 실린더별 엔진 러프니스(roughness)를 연산하여, 연산된 실린더별 엔진 러프니스(roughness) 값이 설정값(제 2 설정값) 이상이면 실화로 판단하여 그 회수를 감지하는 것이다. 여기서 설정값은 엔진의 형식, 배기량 등 엔진의 다양한 종류에 따라 각각 그에 맞는 설정값을 설정하여 사용하게 된다.
이렇게 촉매열화지수가 연산되고, 엔진 실화 여부가 감지되어 그 회수를 얻었다면, 연산된 촉매열화지수와 획득한 엔진 실화 지수를 사용하여 촉매열화지수 이상 여부 및 실화 회수 이상 여부를 판단한다.(제 3 단계; S300)
촉매열화지수 이상 여부는 제 2 단계에서 연산된 촉매열화지수가 설정값(제 1 설정값) 이상인지 여부를 판단하는 것으로서, 연산된 촉매열화지수가 설정값(제 1 설정값) 이상이면 촉매의 열화가 진행되어 이상이 있는 것으로 판단한다.
그리고, 실화 회수 이상 여부는 제 2 단계에서 획득한 엔진 실화 회수가 기준 기간 내에 설정된 회수 이상인지 판단하여 실화회수가 설정된 회수 이상이면 엔진에서 발생하는 실화의 회수가 너무 많아 이상이 있는 것으로 판단한다.
여기서, 촉매열화지수 이상 여부 및 실화 회수 이상 여부를 동시에 판단하는 이유에 대하여 설명하자면, 엔진(10)에서 발생하는 실화(misfire)는 다양한 원인에 의해 발생할 수 있는데, 그 원인 중 하나가 촉매(40)의 열화(노화)에 의해서 발생된 이물질이 이지알 시스템에 의해 재순환되어 엔진으로 유입되어 발생하는 것이다. 그래서, 본 발명은 촉매(40)의 열화(노화)에 의해서 발생하는 엔진 실화에 대한 데이터를 획득하고, 이에 따라 이지알 시스템에서 재순환되는 배기가스의 유량을 제어하기 위하여 촉매열화지수 이상 여부 및 실화 회수 이상 여부를 동시에 판단하는 것이다.
이렇게 촉매열화지수 이상 여부 및 실화 회수 이상 여부를 동시에 판단하여 이지알 밸브(60)의 개도량을 제어함에 따라 엔진(10)으로 재순환되는 배기가스의 유량을 제어한다.(제 4 단계; S400)
제 4 단계에서 이지알 밸브(60)의 개도량를 제어하는 것을 이지알 밸브(60)를 완전히 차단하여 재순환되는 배기가스의 유량을 '0'이 되도록 할 수 있고, 이지알 밸브(60)의 개도량을 가동되는 시점에 대비하여 줄임으로써 가동되는 시점에 재순환되는 배기가스의 유량보다 그 양을 줄일 수도 있다. 이지알 밸브(60)의 개도량을 완전히 차단할지 아니면 개도량의 정도를 줄일지는 촉매열화지수 이상 여부 및 실화 회수 이상 여부의 정도에 따라 기 구축된 이지알 운용 조건에 따라 결정할 수 있을 것이다.
하지만, 촉매(40)에서 발생된 이물질이 엔진(10)으로 유입되면 발생하는 문제점들을 고려할 때 촉매열화지수 이상으로 판단되는 동시에 실화회수 이상으로 판단되는 경우에 이지알 밸브(60)를 완전히 차단하여 엔진(10)으로 재순환되는 배기가스를 완전히 차단하는 것이 바람직할 것이다.
이하, 상기와 같은 방법으로 제어되는 차량의 이지알 시스템 제어방법에서 촉매열화지수를 연산하는 과정 및 실화여부를 감지하는 과정에 대하여 부연하여 설명한다.
먼저, 촉매열화지수의 연산을 위하여 촉매(40)의 전단 및 후단에 각각 배기가스 중 산소농도를 측정할 수 있는 산소센서를 각각 설치한다. 이때 전단에 설치된 산소센서에서 측정되는 산소농도의 피크 대 피크 진폭(Peak-to-peak amplitude) 값을 '산소농도의 진폭front'로 사용하고, 후단에 설치된 산소센서에서 측정되는 산소농도의 피크 대 피크 진폭(Peak-to-peak amplitude) 값을 '산소농도의 진폭rear'로 사용한다.
도 3은 촉매의 손상 여부에 따라 촉매의 전단 및 후단에서 산소센서에 의해 각각 측정되는 산소농도의 진폭을 보여주는 그래프로서, 촉매(40)가 손상되지 않은 경우(상부 그래프)에는 '산소농도의 진폭front' 값이 상대적으로 큰 반면에, '산소농도의 진폭rear'값은 상대적으로 작게 된다. 따라서, 촉매(40)가 손상되지 않은 경우에는 [식 1]에 의해 연산되는 촉매열화지수는 '0'에 가까운 값으로 연산된다.
반면에, 촉매(40)가 손상된 경우(하부 그래프)에는 '산소농도의 진폭front' 값이 촉매가 손상되지 않은 경우와 마찬가지로 상대적으로 크지만, '산소농도의 진폭rear'값도 커지게 된다. 따라서, 촉매(40)가 손상된 경우에는 [식 1]에 의해 연산되는 촉매열화지수는 '1'에 가까운 값으로 연산된다. 또한, 촉매(40)의 손상이 정도가 커질수록 [식 1]에 의해 연산되는 촉매열화지수는 점점 '1'에 더 가까운 값으로 연산된다.
그래서, 본 실시예에서는 제 1 설정값을 0.3으로 설정하여 [식 1]에 의해 연산되는 촉매열화지수의 값이 0.3 이상인 경우에 촉매열화지수에 이상이 있다고 판단한다.
그리고, 엔진(10)의 실화(misfire) 감지 로직에 의해 실화 여부를 감지하기 위해서는 엔진(10)의 속도를 알 수 있는 크랭크 각도 센서와, 크랭크 각도 센서에서 측정되는 크랭크 각도 변화값을 인식하는 엔진 제어기를 통해 세그먼트(segment)별 지속시간(duration)을 연산하고, 연산된 세그먼트(segment)별 지속시간(duration) 값으로 실린더별 엔진 러프니스(roughness)를 연산한다. 그래서, 연산된 실린더별 엔진 러프니스(roughness) 값이 제 2 설정값 이상이면 실화로 판단한다.
그래서 실화로 판단되는 회수가 기준 기간 내, 예를 들어 엔진(10)의 크랭크가 1000회 회전하는 동안 실화로 판단되는 회수가 전체의 3% 이상인 경우에는 엔진(10)에서 발생하는 실화의 회수가 너무 많아 이상이 있는 것으로 판단한다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
10: 엔진 20: 흡입 매니폴더
30: 배기 매니폴더 40: 촉매
50: 이지알 배관(EGR pipe) 60: 이지알 밸브(EGR valve)
70: ECU

Claims (5)

  1. 촉매와 이지알(EGR) 시스템이 적용된 차량에서 배기가스 순환유량을 제어하는 방법으로서,
    시동 온 상태에서 이지알(EGR) 작동구간인지 판단하는 제 1 단계와;
    상기 제 1 단계에서 이지알 작동구간으로 판단된 구간에서 촉매 열화 진단 로직에 의해 촉매열화지수를 연산하고, 엔진의 실화(misfire) 감지 로직에 의해 실화 여부를 감지하는 제 2 단계와;
    상기 제 2 단계에서 연산된 촉매열화지수가 제 1 설정값 이상인지 판단하여 촉매열화지수 이상 여부를 판단하고, 감지된 실화의 회수가 기준 기간 내에 설정된 회수 이상인지 판단하여 실화회수 이상 여부를 판단하는 제 3 단계와;
    상기 제 3 단계에서 판단된 촉매열화지수 이상 여부와 실화회수 이상 여1부에 따라 이지알 밸브의 개도량을 제어하는 제 4 단계를 포함하는 차량의 이지알 시스템 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 단계에서 촉매 열화 진단 로직에 의해 촉매열화지수를 연산하는 과정은 촉매의 전단 및 후단의 배기가스 중 산소 농도를 측정하여 촉매의 전단에서 측정된 산소농도의 피크 대 피크 진폭(Peak-to-peak amplitude) 값과 촉매의 후단에서 측정된 산소농도의 피크 대 피크 진폭(Peak-to-peak amplitude) 값을 비교하여 연산하는 것을 특징으로 하는 차량의 이지알 시스템 제어방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 2 단계에서 촉매열화지수는 하기의 [식 1]에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 차량의 이지알 시스템 제어방법.
    Figure pat00003
    ------ [식 1]
    여기서, '산소농도의 진폭rear'는 촉매의 후단 배기가스에서 측정되는 산소 농도의 진폭을 의미하고, '산소농도의 진폭front'는 촉매의 전단 배기가스에서 측정되는 산소농도의 진폭을 의미함.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 단계에서 엔진의 실화(misfire) 감지 로직에 의해 실화 여부를 감지하는 과정은 엔진의 크랭크 각도 변화를 검출하여 세그먼트(segment)별 지속시간(duration)을 연산하고, 연산된 세그먼트(segment)별 지속시간(duration) 값으로 실린더별 엔진 러프니스(roughness)를 연산하여, 연산된 실린더별 엔진 러프니스(roughness) 값이 제 2 설정값 이상이면 실화로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 이지알 시스템 제어방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 4 단계는 촉매열화지수 이상으로 판단되는 동시에 실화회수 이상으로 판단되는 경우에 이지알 밸브를 차단하는 것을 특징으로 하는 차량의 이지알 시스템 제어방법.
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