KR20170126256A - Egr 제어 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일면에 따른 EGR 제어 장치는 엔진의 상태를 측정하는 센서부; 상기 센서부에 의해 획득한 센서데이터에 의해 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 활성화를 판단하고, 판단결과에 따라 EGR에 의해 순환되는 배기가스에 분사할 연료의 양을 계산하는 연산부; 상기 연산부의 EGR 활성화 판단에 따라 EGR 밸브의 개폐를 제어하고, 상기 계산된 연료의 양에 따라 하기 EGR 연료분사부의 연료분사량을 제어하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 EGR에 의해 순환되는 배기가스에 연료를 분사하는 EGR 연료분사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

EGR 제어 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING EGR}

본 발명은 엔진의 EGR(Exhaust Gas Recirculation)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 EGR을 제어하여 연료분사 효율을 높이고 유해가스를 줄이는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

화석연료를 사용하는 자동차의 엔진은 혼합가스를 연소시켜 동력을 얻는데, 이 과정에서 발생하는 질소산화물(NOx) 등의 배기가스는 유해한 물질로 환경오염의 주범이 된다.

EGR 장치는 가솔린이나 디젤 엔진의 배기가스를 다시 흡기통로로 공급하여 배기가스를 재순환시키는 장치로, 배기가스를 다시 연소실로 공급하여 재 연소시킴으로써 질소산화물의 배출을 줄이기 위해 사용하는 기술이다.

질소산화물은 주로 연소실의 고온의 환경에서 공기중의 질소(N2)가 산소와 반응하여 생기기 때문에, 연소실의 온도를 적정한 온도로 조절해줘야 한다.

EGR 장치는 폭발 직후의 고온의 배기가스를 다시 연소실로 공급하기 때문에 당연히 온도가 높을 수 밖에 없는데, 종래의 기술은 냉각을 위해 EGR 쿨러를 장착하고 있다. EGR 쿨러는 고온의 배기가스를 엔진 냉각수를 냉매로 하여 냉각시키는 장치이다.

이러한 EGR 쿨러는 열교환을 통하여 EGR 가스의 온도를 낮추는 방식이므로 간접 냉각방식이어서 냉각효율이 떨어지기 때문에 배기가스에 직접 연료나 물을 분사하여 직접 냉각하는 기술이 필요하다.

또한, EGR 장치를 사용하면 배기가스가 다시 연소실로 공급되는데, 배기가스에는 산소의 농도가 희박하기 때문에 연소 효율이 떨어지고, PM(Particulate material)이라는 미세 입자의 발생이 증가하므로 EGR 장치를 통해 공급하는 배기가스의 양을 적절한 농도로 조절하는 기술이 필요하다.

본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 혼합가스와 배기가스의 비율을 조절하여 연소 효율을 높이고 배기가스 중의 유해 배출물의 양을 줄이기 위한 EGR 제어 방법과 그 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 EGR 제어 장치는 엔진의 상태를 측정하는 센서부; 상기 센서부에 의해 획득한 센서데이터에 의해 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 활성화를 판단하고, 판단결과에 따라 EGR에 의해 순환되는 배기가스에 분사할 연료의 양을 계산하는 연산부; 상기 연산부의 EGR 활성화 판단에 따라 EGR 밸브의 개폐를 제어하고, 상기 계산된 연료의 양에 따라 하기 EGR 연료분사부의 연료분사량을 제어하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 EGR에 의해 순환되는 배기가스에 연료를 분사하는 EGR 연료분사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일면에 따른 EGR 제어 방법은, 센서 데이터 획득 단계; 상기 센서 데이터를 이용하여 EGR 활성화 조건을 판단하는 단계; 상기 판단한 결과 EGR 활성화 조건을 만족하는 경우 상기 EGR을 활성화하고 EGR에 의해 재순환되는 배기가스에 분사될 연료량을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 양의 연료를 상기 EGR에 의해 재순환되는 배기가스에 분사하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, EGR 장치를 통해 재순환되는 배기가스의 비율을 제어하고, 재순환되는 배기가스에 연료 또는 물을 분사하여 냉각시킴으로써 연료의 프리 믹싱(pre-mixing)효과를 통해 연소 효율을 높이고 유해물질의 배출량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 EGR 제어 장치가 적용된 엔진의 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 EGR 제어 장치의 구조도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 EGR 제어 방법의 흐름도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 EGR 제어 장치가 적용된 엔진(110)의 구조를 나타낸다.

차량의 운행을 위해 엔진이 시동되면 흡기계통(120)을 통해 공기가 공급되고, 연료 분사기(130)에서 연료가 분사되어 엔진(110)으로 유입되고 엔진(110)에서는 폭발을 통해 열 에너지를 운동에너지로 변환한다.

폭발이 끝난 후 배기가스는 배기계통(140)를 통해 배출되고 배기가스의 일부가 EGR 통로(150)를 통해 다시 흡기계통(120)으로 공급된다.

종래 배기가스 재순환 기술은 EGR 통로(150)에 냉각기를 설치하여 열교환 방식으로 흡기계통(120)에 공급되는 배기가스를 냉각하는 방식을 사용하였다. 그러나 냉각기를 설치하면 열 교환에 의해 발생한 열을 다시 처리해줘야 하기 때문에 열효율의 손실이 발생한다.

또한 배기가스는 폭발에 의해 연료가 모두 소모된 상태이므로 흡기계통(120)의 연료 혼합가스와 혼합되는 경우 공연비가 높아짐으로 인해 질소산화물이 과다배출될 수 있다. 이를 방지하기 위해 EGR에 의해 공급되는 배기가스의 양을 조절할 필요가 있다.

본 발명에서는 이러한 열 교환 방식의 냉각기 대신 EGR 통로(150)에 EGR 연료 분사기(154)를 추가로 장착하고 EGR 밸브(152)에 의해 배기가스의 양을 조절함으로써 종래기술의 문제점을 해결한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 EGR 제어 장치(20)의 구조도를 나타낸다.

EGR 제어 장치(20)는 센서부(210), 연산부(220), 제어부(230) 및 EGR 연료분사부(240)를 포함한다.

센서부(210)는 EGR 제어 장치(20)를 활성화 하기 위한 조건들을 판단하기 위해 람다센서, MAP(Manifold Absolute Pressure) 센서, RPM 센서 등을 포함한다.

센서부(210)는 센서들을 직접 포함하여 구성될 수도 있고, ECU(Electric Control Unit) 등 차량의 장치로부터 센싱 데이터들을 전달받는 구조로 구성하는 것도 가능하다.

람다센서는 산소센서라고도 불리며 배기가스 중 함유된 산소의 양을 측정한다. 람다센서에 의해 측정된 산소의 양에 따라 연료의 양을 조절함으로써, 혼합가스의 공연비를 이론 공연비인 14.7:1이 되도록 조절하는 역할을 한다.

EGR에 의해 배기가스를 혼합가스에 포함시키면 공연비가 높아질 수 있으므로 람다센서에 의해 측정한 산소량에 따라 혼합되는 배기가스의 양을 조절할 수 있다.

MAP 센서는 흡기 매니폴드의 압력 및 온도를 측정함으로써 엔진에 흡입되는 공기의 양을 계산할 수 있다. 공기의 양을 알아내면 이론 공연비를 맞추기 위한 연료량을 계산할 수 있으므로 그에 따라 연료 분사량을 결정한다. 또한 MAP 센서는 흡기온도를 측정하는 것도 가능하다.

RPM 센서는 엔진의 분당 회전수를 측정하는 센서로 엔진 회전수에 따른 발화 타이밍 조절이나 온도조절을 위해 사용된다.

연산부(220)는 센서부(210)에서 측정한 데이터들을 이용하여 EGR 활성화를 결정한다.

구체적으로 EGR 활성화를 위한 조건은, RPM이 1500 이상 3000 이하이고, 공기량은 최대 공기량의 30%이상 70%이하이고, MAP 센서 온도는 섭씨 80도 이하이고, EGR 배기가스의 모델링 온도는 400도 이상 600도 이하인 경우에 EGR을 활성화 시킨다. 각각의 조건들이 동시에 충족되지 않더라도 어느 하나의 조건이 충족되는 경우에 EGR을 활성화 하는 것으로 설정하는 것도 가능하다.

최대 공기량은 엔진의 실린더 내부에 최대로 들어갈 수 있는 체적이고, 배기가스의 모델링 온도는 배기가스의 온도를 직접 측정할 수 없기 때문에 RPM, 공기량, 공연비, 점화시기, 차속 등의 값을 입력으로 받아 모델링하여 구할 수 있다.

이 같은 EGR 활성화 조건은 초기에 EGR을 활성화 시키기 위한 조건으로, 위의 값으로 결정되어 있는 값은 아니며 EGR 분사 후 계속해서 학습에 의해 변경될 수 있다.

연산부(220)는 또한 센서부(210)에서 측정한 흡기온도, 배기온도, RPM등의 자료를 기반으로 EGR 연료분사부(240)에서 배기가스에 분사할 연료의 양을 결정한다. EGR 연료분사부(240)에서 분사될 연료의 양이 결정되면 흡기계통에서는 이론 공연비를 맞추기 위해 EGR 연료분사부(240)에서 분사된 연료의 양을 제외한 나머지 양만큼의 연료를 연료 분사기(130)를 통해 분사한다.

연산부(220)는 또한 EGR을 활성화 시킨 후에 람다센서의 람다값을 관측하여 람다값이 정상이 아닌 경우에는 EGR 연료분사부(240)의 연료 분사량을 조절하거나, EGR 활성화를 중지시킬 수 있다.

람다센서는 산소센서라고도 하고, 센서에서 출력되는 전압값에 의해 람다값의 정상여부를 판단할 수 있는데 센서의 종류에 따라 출력되는 전압값이 달라지는데, 일반적으로 사용되는 지르코니아 타입의 산소센서는 0V에서 1V 사이의 값을 주기적으로 출력하기 때문에 람다값의 정상여부를 판단할 수 있다.

제어부(230)는 연산부(220)에서 계산한 연료의 양에 따라 EGR 연료분사부(240)를 제어하고, 또한 EGR 배기가스의 양을 조절하기 위한 EGR 밸브(152)를 제어하여 EGR을 활성화 하거나 중지시킬 수 있다.

EGR 연료분사부(240)은 제어부(230)의 제어에 따라 배기가스에 연료를 분사함으로써 배기가스를 냉각시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 EGR 제어방법의 흐름도이다.

EGR 활성화 판단을 위한 센서 데이터 획득 단계(S310)에서는 람다센서, MAP센서, RPM 센서 등을 이용하여 엔진의 상태를 판단할 수 있는 센서 데이터를 획득한다.

입력 받은 센서 데이터들을 기반으로 EGR을 활성화 할 것인가를 결정하는데(S320), RPM이 1500 이상 3000 이하이고, 공기량은 최대 공기량의 30%이상 70%이하이고, MAP 센서 온도는 80도 이하이고, EGR 배기가스의 모델링 온도는 400도 이상 600도 이하인 경우에 EGR을 활성화 시킨다. 각각의 조건들이 동시에 충족될 때뿐 아니라 각각의 조건이 개별적으로 충족되는 경우에 EGR을 활성화 시킬 수도 있다.

EGR 활성화 조건을 만족시키지 못하는 경우에는 센서 데이터 입력 단계(S310)을 반복하여 EGR 활성화 조건을 체크한다(S320).

EGR 활성화 조건이 만족되면 EGR을 활성화(Enable)시키고(S330), EGR에 의해 배기가스에 분사될 연료의 양과 통상적으로 엔진의 흡기계통에 분사될 연료의 양을 계산한다(S340).

흡기계통에 분사될 연료의 양은 람다센서에 의해 측정된 산소농도에 의해 결정되는데, 본 발명에서는 EGR 활성화 시 배기가스에 연료가 분사되므로, EGR에 분사된 양을 제외한 나머지 양 만큼만의 연료가 흡기계통에 분사된다.

EGR에서 분사될 연료의 양이 계산되면 배기가스에 계산된 양만큼의 연료를 분사하여 배기가스의 온도를 낮춘다(S350).

연료를 분사한 후에는 공연비가 유지되는지 람다센서의 람다값을 통해 확인한다(S350).

배기가스를 EGR 단계에서 연료분사를 통해 냉각하는데, 냉각을 위한 연료의 양이 충분하지 못하여 배기가스가 목표치 만큼 냉각되지 못하면 고온으로 인해 질소산화물이 발생하고 람다값이 정상범위를 벗어날 수 있기 때문이다.

람다값이 확인 결과 정상범위라면 EGR을 계속 활성화 하여 배기가스로의 연료분사를 계속한다.

그러나 람다값이 비정상인 경우, EGR 활성화 조건을 학습에 의해 재조정하게 된다(S370).

이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.

20: EGR 제어 장치
210: 센서부 220: 연산부
230: 제어부 240: EGR 연료분사부

Claims (10)

1. 엔진의 상태를 측정하는 센서부;
   상기 센서부에 의해 획득한 센서데이터에 의해 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 활성화를 판단하고, 판단결과에 따라 EGR에 의해 순환되는 배기가스에 분사할 연료의 양을 계산하는 연산부;
   상기 연산부의 EGR 활성화 판단에 따라 EGR 밸브의 개폐를 제어하고, 상기 계산된 연료의 양에 따라 하기 EGR 연료분사부의 연료분사량을 제어하는 제어부; 및
   상기 제어부의 제어에 따라 상기 EGR에 의해 순환되는 배기가스에 연료를 분사하는 EGR 연료분사부;
   를 포함하는 EGR 제어 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 센서부는
   MAP(Manifold Absolute Pressure)센서 및 람다센서를 포함하는 것
   인 EGR 제어 장치.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 연산부는
   상기 MAP 센서에 의해 측정한 온도가 섭씨 80도 이하인 경우 상기 EGR을 활성화 하는 것
   인 EGR 제어 장치.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 연산부는
   상기 EGR 활성화 후 상기 센서부에 의해 센서 데이터들을 다시 획득하고, 상기 다시 획득한 센서 데이터에 의해 상기 EGR 연료분사부의 연료분사량을 재조정하는 것
   인 EGR 제어 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 센서부는 람다센서를 포함하고,
   상기 연산부는 상기 EGR 활성화 후 상기 람다센서에 의해 측정한 람다값의 정상여부에 의해 상기 EGR 연료분사부의 연료분사량을 재조정하는 것
   인 EGR 제어 장치.
   
6. 센서 데이터 획득 단계;
   상기 센서 데이터를 이용하여 EGR 활성화 조건을 판단하는 단계;
   상기 판단한 결과 EGR 활성화 조건을 만족하는 경우 상기 EGR을 활성화하고 EGR에 의해 재순환되는 배기가스에 분사될 연료량을 계산하는 단계; 및
   상기 계산된 양의 연료를 상기 EGR에 의해 재순환되는 배기가스에 분사하는 단계;
   를 포함하는 EGR 제어 방법.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 센서 데이터 획득 단계는
   MAP 센서에 의해 흡기 온도 데이터를 획득하고, 람다센서에 의해 배기 산소 농도 데이터를 획득하는 것
   인 EGR 제어 방법.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 EGR 활성화 조건을 판단하는 단계는
   상기 MAP 센서에 의해 획득한 상기 흡기 온도가 섭씨 80도 이하인 경우 상기 EGR을 활성화 하는 것
   인 EGR 제어 방법.
   
9. 제6항에 있어서, 상기 분사하는 단계 이후에
   상기 센서 데이터들을 다시 획득하고, 상기 다시 획득한 센서 데이터에 의해 상기 EGR에 의해 재순환되는 배기가스에 분사하는 연료의 양을 재조정하는 것
   인 EGR 제어 방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 센서 데이터들은 람다센서에 의해 측정한 람다값 데이터들을 포함하고, 상기 측정한 람다값의 정상여부에 의해 상기 EGR에 의해 재순환되는 배기가스에 분사하는 연료의 양을 재조정하는 것
    인 EGR 제어 방법.
    
    

Images