KR20180039971A - 엔진 시스템 - Google Patents

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KR20180039971A
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Abstract

본 발명에 따른 엔진 시스템은 외기를 흡입하는 흡기 라인, 상기 흡기 라인을 통해 공급된 외기와 연료를 연소하고 구동력을 발생시키는 연소실을 포함하는 엔진, 상기 엔진의 연소실에서 연소된 배기가스를 배출하는 배기 라인, 상기 배기 라인을 흐르는 배기 가스에 의해 작동하는 터빈과 상기 흡기 라인의 외기를 압축하는 컴프레서를 포함하는 터보차저, 상기 터보차저의 터빈을 통과한 배기 가스를 유해 성분을 저감시키는 촉매 유닛, 상기 배기가스의 산소 농도를 측정하는 산소 센서, 상기 배기가스의 질소산화물 농도를 검출하는 질소산화물 센서, 상기 배기가스 중 일부를 상기 엔진으로 유입시키도록 구비된 EGR 밸브, 그리고 상기 엔진의 운전 정보를 검출하고, 검출된 운전 정보를 이용해서 배기가스의 산소 농도를 예측하며, 상기 예측된 산도 농도와 상기 측정된 산소 농도를 비교해서 상기 EGR 밸브의 작동을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 산소 센서의 고장 여부를 판단하고, 상기 산소 센서가 고장난 경우, 상기 질소산화물 센서를 이용해 상기 배기가스의 산소 농도를 측정하도록 제어한다.

Description

엔진 시스템{ENGINE SYSTEM}
본 발명은 배기 가스의 흐름을 제어하는 엔진 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스의 산소 농도를 측정해 EGR 밸브의 작동을 제어하는 엔진 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 디젤엔진의 주요 배기가스는 입자상 물질과 질소산화물이다. 그러나 입자상 물질의 주요 성분인 soot는 고온과 높은 산소 상태에서 저감될 수 있으나, 질소산화물은 주로 고온 영역에서 발생하게 된다.
질소산화물을 저감시키기 위해서 연소실 내에 배기가스를 재순환 시키는 EGR(Exhaust Gas Recirculation)기술이 사용되고 있다. 즉, 연소실 내의 배기가스 농도가 높아질수록 연소 온도가 낮아지기 때문에 질소산화물을 저감시킬 수 있다.
그리고, 공연비 측정을 통해 EGR 듀티 제어 및 연료 분사량을 보정하기 위한 목적으로 터보차저의 후단에 산소센서가 적용되고 있다.
하지만, 상기 산소 센서에 고장이 발생하는 경우에는 배기가스의 산소 농도를 정확히 측정하지 못해 EGR 제어의 신뢰성이 떨어지는 어려움이 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 산소 센서가 고장난 경우에 질소산화물 센서를 이용해 배기가스의 산소 농도를 측정할 수 있는 엔진 시스템을 제안하고자 한다.
본 발명의 엔진 시스템은 외기를 흡입하는 흡기 라인, 상기 흡기 라인을 통해 공급된 외기와 연료를 연소하고 구동력을 발생시키는 연소실을 포함하는 엔진, 상기 엔진의 연소실에서 연소된 배기가스를 배출하는 배기 라인, 상기 배기 라인을 흐르는 배기 가스에 의해 작동하는 터빈과 상기 흡기 라인의 외기를 압축하는 컴프레서를 포함하는 터보차저, 상기 터보차저의 터빈을 통과한 배기 가스를 유해 성분을 저감시키는 촉매 유닛, 상기 배기가스의 산소 농도를 측정하는 산소 센서, 상기 배기가스의 질소산화물 농도를 검출하는 질소산화물 센서, 상기 배기가스 중 일부를 상기 엔진으로 유입시키도록 구비된 EGR 밸브, 그리고 상기 엔진의 운전 정보를 검출하고, 검출된 운전 정보를 이용해서 배기가스의 산소 농도를 예측하며, 상기 예측된 산도 농도와 상기 측정된 산소 농도를 비교해서 상기 EGR 밸브의 작동을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 산소 센서의 고장 여부를 판단하고, 상기 산소 센서가 고장난 경우, 상기 질소산화물 센서를 이용해 상기 배기가스의 산소 농도를 측정하도록 제어한다.
상기 제어부는, 상기 산소 센서의 고장 여부를 검출하는 고장 검출부를 포함할 수 있다.
상기 고장 검출부는, 상기 산소 센서에서 측정된 산소 농도와 상기 질소산화물 센서에서 측정된 산소 농도를 비교하여 상기 산소 센서의 고장 여부를 검출할 수 있다.
상기 고장 검출부는, 상기 산소 센서에서 측정된 산소 농도와 상기 질소산화물 센서에서 측정된 산소 농도의 차이값을 임계값과 비교하여 상기 산소 센서의 고장 여부를 판단할 수 있다.
상기 촉매 유닛은, 산화 촉매를 포함하는 디젤 산화 촉매(DOC: diesel oxidation catalyst), 그리고 입자상 물질을 걸러내는 디젤 매연 필터(DPF; diesel particulate filter)를 포함할 수 있다.
상기 질소산화물 센서는, 상기 촉매 유닛의 후단에 배치될 수 있다.
상기 운전 정보는, 엔진 RPM, 엔진의 부스트 압력 또는, 흡입 공기 유량 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 산소 센서가 고장난 경우, 질소산화물 농도를 검출하는 질소산화물 센서를 이용해 배기가스의 산소 농도를 측정함으로써, 산소 센서의 고장으로 인한 엔진의 성능 저하를 방지하고, EGR 제어의 신뢰성을 향상시키며, 연비를 향상 시킬 수 있는 환경을 제공한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 엔진 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 배기가스의 산소 농도를 측정해 EGR 밸브를 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 산소 센서의 고장 여부를 검출하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "차량", "차", "차량의", "자동차" 또는 다른 유사한 용어들은 스포츠 실용차(sports utility vehicles; SUV), 버스, 트럭, 다양한 상용차를 포함하는 승용차, 다양한 종류의 보트나 선박을 포함하는 배, 항공기 및 이와 유사한 것을 포함하는 자동차를 포함하며, 하이브리드 차량, 전기 차량, 플러그 인 하이브리드 전기 차량, 수소연료 차량 및 다른 대체 연료(예를 들어, 석유 외의 자원으로부터 얻어지는 연료) 차량을 포함한다.
추가적으로, 몇몇 방법들은 적어도 하나의 제어기에 의하여 실행될 수 있다. 제어기라는 용어는 메모리와, 알고리즘 구조로 해석되는 하나 이상의 단계들을 실행하도록 된 프로세서를 포함하는 하드웨어 장치를 언급한다. 상기 메모리는 알고리즘 단계들을 저장하도록 되어 있고, 프로세서는 아래에서 기재하는 하나 이상의 프로세스들을 수행하기 위하여 상기 알고리즘 단계들을 특별히 실행하도록 되어 있다.
더 나아가, 본 발명의 제어 로직은 프로세서, 제어기 또는 이와 유사한 것에 의하여 실행되는 실행 가능한 프로그램 명령들을 포함하는 컴퓨터가 읽을 수 있는 수단 상의 일시적이지 않고 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체로 구현될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 수단의 예들은, 이에 한정되지는 않지만, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 플래쉬 드라이브, 스마트 카드 및 광학 데이터 저장 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 재생 매체는 네트웍으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 예를 들어 텔레매틱스 서버나 CAN(Controller Area Network)에 의하여 분산 방식으로 저장되고 실행될 수 있다.
이제 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 엔진 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 엔진 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 이때, 엔진 시스템은 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 엔진 시스템은 흡기라인(100), 터보차저(110), 인터쿨러(120), 흡기 스로틀 밸브(130), EGR 밸브(140), EGR 쿨러(150), 엔진(160), 배기라인(170), 산소 센서(172), 촉매 유닛(180), 질소산화물 센서(182), 및 제어부(200)을 포함한다.
상기 흡기라인(100)으로 외기가 공급된다. 그리고, 터보차저(110)는 배기라인(170)에 설치된 터빈(114)과 흡기라인(100)에 설치된 컴프레서(112)를 포함한다. 터보차저(110)는 배기라인(170)을 흐르는 배기가스에 의해서 터빈(114)을 회전시키고, 상기 터빈(114)은 상기 흡기라인(100)을 흐르는 외기를 압축하여 상기 엔진(160)의 연소실로 공급한다.
상기 흡기 라인(100)을 통해 공급된 외기와 연료는 상기 연소실로 공급되고, 상기 연소실 내에서 연소되어 구동력을 발생시킨다.
인터쿨러(120)는 상기 흡기라인(100)을 흐르는 흡기를 냉각시킨다. 그리고, 흡기 스로틀 밸브(130)는 흡기라인(100)에 배치되고, 흡기라인(100)을 개폐하도록 구비된다. 상기 EGR 밸브(140)은 상기 엔진(160)의 연소실에서 배출되는 배기가스를 상기 흡기라인(100)으로 재순환시킨다.
상기 배기라인(170)에서 상기 터보차저(110)의 하류측에는 촉매 유닛(180)이 배치되는데, 상기 촉매 유닛(180)은 디젤산화촉매(DOC; diesel oxidation catalyst)와 디젤매연필터(DPF; diesel particulate filter)를 포함한다.
그리고, 배기라인(170)에는 산소 센서(172) 및 질소산화물 센서(182)가 배치된다. 산소 센서(172)는 터빈(114)과 촉매 유닛(180) 사이에 배치되고, 배기가스의 산소 농도를 측정한다.
질소산화물 센서(182)는 촉매 유닛(180)의 후단에 배치되고, 배기가스의 질소산화물 농도를 검출한다.
그리고, 제어부(200)는 엔진(160)의 운전 정보를 검출하고, 검출된 운전 정보를 이용해서 배기가스의 산소 농도를 예측한다.
제어부(200)는 산소 센서(172)의 고장 여부를 판단하고, 산소 센서(172)가 고장난 경우, 상기 질소산화물 센서(182)를 이용해 배기가스의 산소 농도를 측정하도록 제어한다.
그리고, 제어부(200)는 예측된 산도 농도와 상기 산소 센서(172) 또는 상기 질소산화물 센서(182)에서 측정된 산소 농도를 비교해서 상기 EGR 밸브(140)의 작동을 제어한다.
이러한 목적을 위하여, 제어부(200)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템의 동작 프로세스를 수행하도록 프로그래밍 된 것일 수 있다.
제어부(200)는 본 발명의 한 실시예에 따라 고장 검출부(210), 운전 정보 검출부(220), 및 EGR 밸브 제어부(230)을 포함한다.
고장 검출부(210)는 산소 센서(172)의 고장 여부를 검출한다. 고장 검출부(210)는 산소 센서(172)에서 측정된 산소 농도와 상기 질소산화물 센서(182)에서 측정된 산소 농도를 비교하여 상기 산소 센서(172)의 고장 여부를 검출할 수 있다.
운전 정보 검출부(220)는 상기 엔진(160)의 운전 정보를 검출한다. 여기서, 상기 운전 정보는 엔진 RPM, 엔진의 부스트 압력 또는, 흡입 공기 유량 중 적어도 하나를 포함한다.
EGR 밸브 제어부(230)는 상기 엔진(160)의 운전 정보를 이용해서 배기가스의 산소 농도를 예측하고, 예측된 산도 농도를 산소 센서(172) 또는 상기 질소산화물 센서(182)에서 측정된 산소 농도와 비교해서 상기 EGR 밸브(140)의 작동을 제어한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 배기가스의 산소 농도를 측정해 EGR 밸브를 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이하의 흐름도는 도 1의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 엔진 시스템은 엔진의 운전 정보를 검출하고, 검출된 운전 정보를 이용해 배기가스의 산소 농도를 예측한다(S102, S104). 여기서, 상기 운전 정보는 엔진 RPM, 엔진의 부스트 압력 또는, 흡입 공기 유량 중 적어도 하나를 포함한다.
그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 엔진 시스템은 산소 센서(172)의 고장 여부를 판단하고, 고장이 아닌 경우, 산소 센서(172)를 이용해 산소 농도를 측정하도록 제어한다(S106, S108).
본 발명의 한 실시예에 따른 엔진 시스템은 예측된 산도 농도와 산소 센서(172)에서 측정된 산소 농도와 비교해서 상기 EGR 밸브(140)의 작동을 제어한다(S110, S112).
산소 센서(172)가 고장으로 판단되는 경우, 질소산화물 센서(182)의 고장 여부를 판단한다(S114). 질소산화물 센서(182)가 고장이 아닌 경우, 질소산화물 센서(182)로 배기가스의 산소 농도를 측정한다(S116). 이때, 본 발명의 한 실시예에 따른 엔진 시스템은 예측된 산도 농도와 질소산화물 센서(182)에서 측정된 산소 농도와 비교해서 상기 EGR 밸브(140)의 작동을 제어할 수 있다.
그리고, 질소산화물 센서(182)도 고장으로 판단되는 경우, 본 발명의 한 실시예에 따른 엔진 시스템은 경고등을 작동시키고, 엔진의 출력을 제한한다 (S118, S120).
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 산소 센서의 고장 여부를 검출하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이하의 흐름도는 도 1의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 엔진 시스템은 산소 센서(172)로 배기가스의 산소 농도를 측정한다(S202).
또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 엔진 시스템은 질소산화물 센서(182)를 이용해 배기가스의 산소 농도를 측정한다(S204).
그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 엔진 시스템은 산소 센서(172)에서 측정된 산소 농도와 질소산화물 센서(182)에서 측정된 산소 농도의 차이값을 임계값과 비교한다(S206).
이때, 상기 산소 농도의 차이값이 상기 임계값을 초과하는 경우, 본 발명의 한 실시예에 따른 엔진 시스템은 산소 센서(172)가 고장난 것으로 판단한다(S208).
이와 같이, 발명의 한 실시예에 따른 엔진 시스템은 산소 센서가 고장난 경우, 질소산화물 농도를 검출하는 질소산화물 센서를 이용해 배기가스의 산소 농도를 측정함으로써, 산소 센서의 고장으로 인한 엔진의 성능 저하를 방지하고, EGR 제어의 신뢰성을 향상시키며, 연비를 향상 시킬 수 있는 환경을 제공한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다. 이러한 기록 매체는 서버뿐만 아니라 사용자 단말에서도 실행될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (7)

  1. 외기를 흡입하는 흡기 라인,
    상기 흡기 라인을 통해 공급된 외기와 연료를 연소하고 구동력을 발생시키는 연소실을 포함하는 엔진,
    상기 엔진의 연소실에서 연소된 배기가스를 배출하는 배기 라인,
    상기 배기 라인을 흐르는 배기 가스에 의해 작동하는 터빈과 상기 흡기 라인의 외기를 압축하는 컴프레서를 포함하는 터보차저,
    상기 터보차저의 터빈을 통과한 배기 가스를 유해 성분을 저감시키는 촉매 유닛,
    상기 배기가스의 산소 농도를 측정하는 산소 센서,
    상기 배기가스의 질소산화물 농도를 검출하는 질소산화물 센서,
    상기 배기가스 중 일부를 상기 엔진으로 유입시키도록 구비된 EGR 밸브, 그리고
    상기 엔진의 운전 정보를 검출하고, 검출된 운전 정보를 이용해서 배기가스의 산소 농도를 예측하며, 상기 예측된 산도 농도와 상기 측정된 산소 농도를 비교해서 상기 EGR 밸브의 작동을 제어하는 제어부
    를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 산소 센서의 고장 여부를 판단하고, 상기 산소 센서가 고장난 경우, 상기 질소산화물 센서를 이용해 상기 배기가스의 산소 농도를 측정하도록 제어하는 엔진 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 제어부는,
    상기 산소 센서의 고장 여부를 검출하는 고장 검출부를 포함하는 엔진 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 고장 검출부는,
    상기 산소 센서에서 측정된 산소 농도와 상기 질소산화물 센서에서 측정된 산소 농도를 비교하여 상기 산소 센서의 고장 여부를 검출하는 엔진 시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 고장 검출부는,
    상기 산소 센서에서 측정된 산소 농도와 상기 질소산화물 센서에서 측정된 산소 농도의 차이값을 임계값과 비교하여 상기 산소 센서의 고장 여부를 판단하는 엔진 시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 촉매 유닛은,
    산화 촉매를 포함하는 디젤 산화 촉매(DOC: diesel oxidation catalyst), 그리고
    입자상 물질을 걸러내는 디젤 매연 필터(DPF; diesel particulate filter)
    를 포함하는 엔진 시스템.
  6. 제5항에서,
    상기 질소산화물 센서는,
    상기 촉매 유닛의 후단에 배치되는 엔진 시스템.
  7. 제6항에서,
    상기 운전 정보는,
    엔진 RPM, 엔진의 부스트 압력 또는, 흡입 공기 유량 중 적어도 하나를 포함하는 엔진 시스템.
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