KR20180138360A - Egr 밸브 모듈의 고장 검출 방법 - Google Patents

Egr 밸브 모듈의 고장 검출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배압 밸브 및 EGR 밸브의 고장을 검출하는 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 방법에 관한 것이다.
본 발명의 하나의 실시 예에 따른 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 방법 및 EGR 밸브 모듈은, 자동차 엔진의 연소실에서 배출된 배기가스 일부를 흡기 측으로 재순환시키는 경로상에서 배기가스 순환량을 조절하기 위한 일체형 배압 밸브 및 EGR 밸브 모듈로서, (a) 모터의 구동력을 증대하는 단계; (b) 상기 구동력에 의해 구동되는 캠과 연동되는 상기 배압 밸브 및 EGR 밸브를 구동하는 단계; 및 (c) 상기 배압 밸브 및 EGR 밸브의 개도 시간을 각각 측정하여 소정 시간 이상일 경우 고장으로 판단하는 단계를 포함하여 구성된다.

Description

EGR 밸브 모듈의 고장 검출 방법 {CONTROL METHOD FOR EGR VALVE MODULE}
본 발명은 배압 밸브 및 EGR 밸브의 고장을 검출하는 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 방법에 관한 것이다.
디젤엔진은 가솔린에 비해 연비가 우수해 승용차, 버스, 트럭 등 상용차량과 산업계 전반에 널리 사용되고 있다. 그런데 디젤엔진 차량의 배기가스에는 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 등의 유해물질이 포함된다. 이 중 질소산화물(NOx)은 고압, 고온 시에 산소와 질소가 결합하여 발생하는 것으로 산성비의 주요 원인이 되어 건물 부식 및 생태계 파괴를 일으키며, 인체에는 기관지염, 폐렴, 천식과 같은 각종 호흡기 질환의 원인으로 지목되고 있다.
일반적으로 배기가스 재순환(EGR; EXHAUST GAS RECIRCULATION)이라 함은 엔진의 배기가스 중 일부를 다시 엔진의 흡기계통으로 순환시켜 배기가스를 외기와 함께 연소에 활용하는 기술을 일컫는다. 배기가스를 재순환시킴으로써 대기로 배출되는 NOx을 줄일 수 있는 장점이 있다.
EGR은 배기가스를 재순환시키는 위치에 따라서, HP EGR(High Pressure EGR), LP EGR(Low Pressure EGR)로 구분할 수 있다. 구체적으로 HP EGR은 터보차져의 터빈 전단에서 흡기 매니폴드 측으로 연결되는 재순환유로를 이용하여 압력강하가 얼마 되지 않은 고온 고압의 배기가스를 EGR 가스로 사용한다. 이와 달리 LP EGR은 터빈 후단에서 컴프레서 전단의 외기 흡입유로 측으로 연결되는 재순환유로를 이용하여 HP EGR에 비해 상대적으로 압력강하가 더 이루어진 배기가스를 EGR 가스로 사용한다는 차이점을 갖는다.
이중 LP EGR은 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), DPF(Diesel Particulate Filter) 및/또는 SCR(Selective Catalytic Reduction)의 후단에 위치하는 구성으로서, 재순환되는 가스 내 오염물질이 HP EGR에 비해 상대적으로 더 작다는 장점을 가진다. 또한, LP EGR은 흡기온 냉각 및 EGR 기통 분배성 측면에서도 HP EGR에 비해 상대적으로 유리하다는 장점을 가진다. 최근에는 LP EGR이 실연비 개선에도 유리한 효과를 가져온다는 측면에 주목하여, 디젤 엔진이 장착된 자동차뿐만 아니라 가솔린 엔진이 장착된 자동차에도 LP EGR을 적용시키려 하는 등 그에 대한 관심이 날로 높아지고 있다.
도 6은 종래 기술에 의한 EGR 밸브 유닛의 배기가스 재순환 밸브의 고장을 검출하는 방법을 나타내는 도면이다.
구체적으로, 도 6을 참조하면 EGR 밸브가 작동되고 EGR 밸브의 작동상태와, 엔진의 rpm과 흡기압을 모니터링하는 EGR 밸브 작동단계와, 이론공연비가 되도록 엔진의 연소제어 상태가 지속적으로 조절되고, 엔진의 정상작동값을 계산하는 EGR 밸브 작동시 측정값 계산 단계와, EGR 밸브가 강제적으로 닫히는 EGR 밸브폐쇄단계와, EGR 밸브가 닫힌 상태로 엔진의 비정상작동값을 계산하는 EGR 밸브 비작동시 측정값 계산단계와, 정상작동값과 비정상작동값의 차이가 임계값보다 작은지를 판단하는 작동값비교단계를 포함하며, 정상작동값과 비정상작동값의 차이가 임계값보다 작을 때, EGR 밸브가 비정상인 것으로 판단하는 배기가스재순환 밸브의 고장을 검출하는 것을 알 수 있다.
그러나, 상기 종래기술에 따르면, EGR 밸브를 작동시키는 모터의 부하 증가로 인하여 배터리의 소모가 커지게 되어 제품에 가해지는 충격이 크고 노이즈 발생이 크다는 단점이 있다. 따라서, 실제 제품에 노이즈가 발생되어 이로 인한 제품의 내구성을 단축하는 문제가 발생하게 된다.
공개특허공보 제10-2015-0115043호
본 발명의 일 실시 예는 상기 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 모터의 구동력에 의해 배압 밸브 및 EGR 밸브와 연동하는 캠을 작동시켜 배압 밸브 및 EGR 밸브에 구동력을 전달하여 배압 밸브 및 EGR 밸브의 고장을 검출할 수 있도록 하여 노이즈를 감소시키고, 또한 충격을 완화하여 제품의 내구성을 향상시키는 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 자동차 엔진의 연소실에서 배출된 배기가스 일부를 흡기 측으로 재순환시키는 경로상에서 배기가스 순환량을 조절하기 위한 일체형 배압 밸브 및 EGR 밸브 모듈로서,
(a) 모터의 구동력을 증대하는 단계;
(b) 상기 구동력에 의해 구동되는 캠과 연동되는 상기 배압 밸브 및 EGR 밸브를 구동하는 단계; 및
(c) 상기 배압 밸브 및 EGR 밸브의 개도 시간을 각각 측정하여 소정 시간 이상일 경우 고장으로 판단하는 단계;
를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 (c) 단계는, (ⅰ) 상기 EGR 밸브의 고장 검출을 위해 EGR 밸브만 구동되는 구간까지 모터를 구동하고 정지시키는 단계; 및 (ⅱ) 상기 EGR 밸브의 개도가 최소가 될 때까지의 시간을 측정하여 소정 시간 이상일 경우 EGR 밸브를 고장으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계는, (ⅲ) 상기 배압 밸브의 고장 검출을 위해 배압 밸브만 구동되는 구간까지 모터를 구동하고 정지시키는 단계; 및 (ⅳ) 상기 배압 밸브의 개도가 최대가 될 때까지의 시간을 측정하여 소정 시간 이상일 경우 배압 밸브를 고장으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 및 센서의 학습을 수행하는 단계는,
(ㄱ) EGR 밸브 모듈이 정상 작동하는 경우의 작동 상태들로 정상 작동 조건을 설정하는 설정단계;
(ㄴ) 배압 밸브 및 EGR 밸브의 개도 시간을 각각 측정하여 학습 및 저장하는 학습단계; 및
(ㄷ) 배압 밸브 및 EGR 밸브의 고장 또는 정상을 판단하는 판단 단계;
를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 학습단계는,
제 1 링크의 제 1 핀이 제 1 핀가이드홀의 제 1 가이드부에서 이동하고, 제 2 링크의 제 2 핀이 제 2 핀가이드홀의 제 3 가이드부에서 이동하는 동안에 배압 밸브가 비회전 상태에 있고, EGR 밸브의 개도 시간을 측정하여 학습하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 학습단계는,
제 1 링크의 제 1 핀이 제 1 핀가이드홀의 제 1 가이드부에서 이동하고, 제 2 링크의 제 2 핀이 제 2 핀가이드홀의 제 4 가이드부에서 이동하는 동안에 배압 밸브가 회전하고, EGR 밸브의 개도 시간을 측정하여 학습하는 단계를 더 포함할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 학습단계는,
제 1 링크의 제 1 핀이 제 1 핀가이드홀의 제 2 가이드부에서 이동하고, 제 2 링크의 제 2 핀이 제 5 가이드부에서 이동하는 동안에 EGR 밸브가 비회전 상태에 있고, 배압 밸브의 개도 시간을 측정하여 학습하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, EGR 밸브 모듈의 고장 검출 방법에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 모듈일 수 있다.
본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 엔진 정지 후 모터 및 배터리의 내구성을 단축함이 없이 EGR 밸브 모듈의 배압 밸브 및 EGR 밸브의 고장 검출을 수행할 수 있고, 고장 검출을 수행함과 동시에 EGR 밸브 모듈에 구비되어 있는 센서의 학습을 동시에 수행할 수 있다.
또한, 일체형 배압 밸브 및 EGR 밸브 모듈과 ACV(Air Control Valve)의 제어를 하나로 통합함으로써 ECU 제어 부하를 감소시켜 차량의 중량 감소로 인하여 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 밸브 모듈이 장착되는 위치를 설명하기 위한 내연기관의 전체 개략도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 밸브 모듈의 정방향 작동 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 밸브 모듈의 역방향 작동 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 방법의 고장을 검출하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 및 센서의 학습을 수행하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 6은 종래 기술에 의한 EGR 밸브 유닛의 배기가스 재순환 밸브의 고장을 검출하는 방법을 나타내는 도면이다.
이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
그리고 여기서의 "연결"이란 일 부재와 타 부재의 직접적인 연결, 간접적인 연결을 포함하며, 접착, 부착, 체결, 접합, 결합 등 모든 물리적인 연결을 의미할 수 있다.
또한 '제1, 제2, (a), (b), (c)' 등과 같은 표현은 복수의 구성들(또는 단계)을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들(또는 단계) 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 EGR 밸브 모듈에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명 내연기관에 대한 전체 구성에 대해 간략히 설명한다. 도 1은 본 발명의 밸브 모듈이 장착되는 위치를 설명하기 위한 내연기관의 전체 개략도를 나타내는 도면이다.
본 발명의 엔진의 연소실은 흡기 매니폴드와 배기 매니폴드를 구비한다. 흡기 매니폴드 측으로 흡기를 공급하는 유로 상에는 터보차저의 컴프레서가 구비된다. 컴프레서의 하류에는 인터쿨러가 설치되고, 흡기 매니폴드 내 유입되는 흡기량을 제어하는 흡기 스로틀(미도시)이 설치된다.
배기 매니폴드에는 배기가스를 대기 중에 방출하기 위한 배기유로가 접속되어 있다. 배기유로에는 터보차저의 터빈(T.)이 연결되며 터빈(T.)의 하류에는 배기가스를 정화하기 위한 배기 후처리 장치로서 DPF 및/또는 촉매 장치와 머플러가 설치되어 있다.
아울러 배기유로에서는 배기가스의 일부를 흡기계통으로 재순환시키기 위한 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 시스템이 설치될 수 있다. 통상적으로 EGR 시스템에는 고온상태인 배기가스의 온도를 저감시키기 위한 EGR 쿨러와 EGR 유로로 유입된 배기가스의 유량을 제어하기 위한 EGR 밸브가 설치된다.
본 발명의 내연기관에는 EGR 시스템으로서, LP EGR 시스템을 적용한다. LP EGR은 배경기술에서 전술한 바와 같이 흡기온 냉각 및 EGR 기통 분배성이 좋으며, 실연비 개선에 좋다는 장점을 갖지만, 배기가스를 재순환시키기 위한 배압을 형성해주어야 하는 과제가 반드시 뒤따른다. 따라서, 본 발명에서는 LP EGR을 위해 배압을 생성하기 위한 밸브로서 EGR 밸브와 3-way valve를 구성할 수 있다. 이는 상세히 후술하기로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 LP EGR은 머플러 전단의 배기유로에서 분기되어 배기가스의 일부를 흡기계통으로 순환시키는 것으로서, 여기에도 역시 EGR 쿨러(Exhaust Gas Recirculation Cooler), 그리고 EGR 유로로 유입되는 배기가스를 제어하기 위한 EGR 밸브가 구비된다.
에어 클리너(A.C.)에서 받아들여진 신기(fresh air)는 흡기 유로(20)를 거쳐 터보차저의 컴프레서(C.) 측으로 흐르는데, 컴프레서(C.)로 유입되기 전에 EGR 유로를 통해 재순환된 배기가스와 혼합된다. 혼합기는 유동방향이 컴프레서(C.) 측을 대향하게 된다.
참고로, 내연기관의 크랭크축의 회전을 검출하는 크랭크각 센서나 엑셀 페달의 개도에 따른 신호를 출력하는 엑셀 센서(위치 센서 또는 개도 각 센서 등)가 설치될 수 있다. 크랭크각 센서와 엑셀 센서를 이용하여 차량의 목표 출력과 그에 따른 엔진 연소실의 연료분사량, 흡기 매니폴드에 유입되어야 할 목표 공기량 및 본 발명의 EGR 밸브 개도에 있어 가장 중요한 EGR 률(EGR Rate) 등이 결정될 수 있다.
참고로 본 발명의 밸브 모듈은 도 1에 점선으로 표시된 부분에 구비될 수 있다.
위에서 살펴본 내연기관의 구성을 토대로, 도 2를 참조하여 본 발명의 밸브 모듈의 특징에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 밸브 모듈의 정방향 작동 구성을 도시한 도면이 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 밸브 모듈의 역방향 작동 구성을 도시한 도면이 도시되어 있다.
도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈은 EGR 밸브(100), 배압 밸브(200), EGR 밸브(100)와 연동하는 제 1 캠(300) 및 배압 밸브(200)와 연동하는 제 2 캠(400)을 포함하여 구성되어 있다.
본 발명에 따르면, 배압 밸브(200)는 외부로부터 신기를 흡기하는 흡기 유로(20) 내에 배치되어 있다. 그리고, EGR 밸브(100)는 흡기 유로(20)의 길이 방향과 소정의 각도를 이루는 사선 방향으로 접속되며 엔진에서 배출되어 터빈을 통과한 배기가스를 재순환시키는 LP EGR 유로(10) 상에 배치되어 있다. 여기서, EGR 밸브(100)와 배압 밸브(200) 모두 플랩형 밸브가 해당될 수 있다.
또한, 여기서 EGR 밸브(100)는 LP EGR 밸브를 의미하고, 배압 밸브(200)는EGR 유로(10)와 흡기 유로(20)의 합류지점에 배압을 형성하기 위한 배압 생성 밸브를 의미할 수 있다. 배압 밸브(200)는 흡기되는 신기의 양을 조절하는 역할도 하지만 EGR 가스의 재순환 및 혼합이 용이하도록 EGR 밸브를 보조하는 역할도 한다.
본 발명에 따르면, 제 1 캠(300)은 본체 내측으로 EGR 밸브(100)와 연동하는 제 1 링크(110)의 제 1 핀(120)이 결합하는 제 1 핀가이드홀(310)이 형성되어 있다.
상기 제 1 핀가이드홀(310)은 EGR 밸브(100)가 정방향으로 회전하는 경우에 배압 밸브(200)가 비회전 상태에서 정방향으로 회전하도록 구동하는 제 1 가이드부(311) 및 상기 EGR 밸브(100)가 비회전 상태에 있는 경우에 배압 밸브(200)가 정방향으로 회전하도록 구동하는 제 2 가이드부(312)를 포함하여 구성되어 있다.
여기서, 제 1 핀가이드홀(310)은 적어도 둘 이상의 구획으로 구분된 곡선 구간으로 이루어지고 도면에서는 두 개의 구간으로 구획되어 있다. 여기서, 제 1 가이드부(311) 및 제 2 가이드부(312)로 구분된 곡선 구간은 서로 다른 곡률 반경의 중심을 가질 수 있다. 그리고, 제 1 핀가이드홀(310)의 곡률 반경 중심들은 본체 내측 방향에 위치하도록 구성되며, EGR 밸브(100)와 연동하는 제 1 링크(110)의 제 1핀(120)이 제 1 핀가이드홀(310)에 체결되어 있다.
또한, 제 2 캠(400)은 본체 내측으로 배압 밸브(200)와 연동하는 제 2 링크(210)의 제 2 핀(220)과 결합하는 제 2 핀가이드홀(410)이 형성되어 있다.
상기 제 2 핀가이드홀(410)은 EGR 밸브(100)가 정방향으로 회전하는 경우에 배압 밸브(200)가 비회전하는 제 3 가이드부(411), 상기 EGR 밸브(100)와 배압 밸브(200)가 정방향으로 회전하도록 구동하는 제 4 가이드부(412) 및 상기 EGR 밸브(100)가 비회전 상태에 있는 경우에 배압 밸브(200)가 역방향으로 회전하도록 구동하는 제 5 가이드부(413)를 포함하여 구성되어 있다.
참고로, 전술한 제 1 가이드부(311), 제 2 가이드부(312)는 제 1 핀(120)이 안내되는 구분된 영역이고, 제 3 가이드부(411), 제 4 가이드부(412), 제 5 가이드부(413)는 제 2 핀(220)이 안내되는 구분된 영역을 의미할 수 있다. 이들 영역은 도 3에 도시된 바와 같이 파선으로 표시될 수 있다.
또한, 제 2 핀가이드홀(410)은 앞서 설명한 제 1 핀가이드홀(310)과 마찬가지로, 둘 이상의 구획으로 구분된 곡선 구간으로 이루어지고, 도면에서는 세 개의 구간으로 구획되어 있다. 여기서, 제 3 가이드부(411), 제 4 가이드부(412) 및 제 5 가이드부(413)로 구분된 곡선 구간은 서로 다른 곡률 반경의 중심을 가질 수 있다. 그리고, 제 2 핀가이드홀(410)의 곡률 반경 중심들은 제 1 핀가이드홀(310)의 곡률 반경 중심들과 같이 제 2 캠(400)의 본체 내측 방향에 위치하도록 구성되며, 배압 밸브(200)와 연동하는 제 2 링크(210)의 제 2 핀(220)이 제 2 핀가이드홀(410)에 체결되어 있다.
본 발명에 따르면, 제 2 캠(400)에 형성되어 있는 제 2 핀가이드홀(410)과 결합하여 연동하는 제 2 링크(210)의 제 2 핀(220)이 제 3 가이드부(411)에서 이동하는 경우에, EGR 밸브(100)가 시계 반대 방향으로 회전하는 동안에 배압 밸브(200)가 열려 있는 상태에 머물러 있으며 비회전하게 된다. 즉, EGR 밸브(100)와 연동하는 제 1 링크(110)의 제 1 핀(120)이 제 1 핀가이드홀(310)의 제 1 가이드부(311)에서 이동하여 EGR 밸브(100)가 회전하고, 제 2 링크(210)의 제 2 핀(220)이 제 2 핀가이드홀(410)의 제 3 가이드부(411)에서 이동해도 배압 밸브(200)는 회전하지 않는다.
또한, 제 2 캠(400)에 형성되어 있는 제 2 핀가이드홀(410)과 결합하여 연동하는 제 2 링크(210)의 제 2 핀(220)이 제 4 가이드부(412)에서 이동하는 경우에, EGR 밸브(100)가 시계 반대 방향으로 회전하는 동안에 배압 밸브(100)는 열림 상태에서 닫힘 상태로 시계 반대 방향으로 회전한다. 즉, EGR 밸브(100)와 연동하는 제 1 링크(110)의 제 1 핀(120)이 제 1 핀가이드홀(310)의 제 1 가이드부(311)에서 이동하여 EGR 밸브(100)가 회전하고, 제 2 링크(210)의 제 2 핀(220)이 제 2 핀가이드홀(410)의 제 4 가이드부(412)에서 이동하면 그에 따라 배압 밸브(100)가 열림 상태에서 닫힘 상태가 되도록 시계 반대 방향으로 회전하게 된다.
한편, 제 2 캠(400)에 형성되어 있는 제 2 핀가이드홀(410)과 결합하여 연동하는 제 2 링크(210)의 제 2 핀(220)이 제 5 가이드부(413)에서 이동하는 경우에, EGR 밸브(100)가 비회전하여 닫힘 상태에 있는 경우에 배압 밸브(100)는 시계 반대 방향으로 회전하여 닫힘 상태가 된다. 즉, EGR 밸브(100)와 연동하는 제 1 링크(110)의 제 1 핀(120)이 제 1 핀가이드홀(310)의 제 2 가이드부(312)에서 이동하는 동안에 EGR 밸브(100)가 닫힘 상태에 있고, 제 2 링크(210)의 제 2 핀(220)이 제 2 핀가이드홀(410)의 제 5 가이드부(412)에서 이동하면 배압 밸브(100)가 열림 상태에서 닫힘 상태로 시계 반대 방향으로 회전하게 된다.
이 때, 상기 제 1 핀가이드홀(310)이 형성되어 있는 제 1 캠(300) 및 제 2 핀가이드홀(410)이 형성되어 있는 제 2 캠(400)은 흡기 유로와 LP EGR 유로 외부에 위치하고 있는 액츄에이터 축 상에 위치한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈은 종래기술에 따른 EGR 밸브와 배압 밸브가 개별적으로 제어되는 밸브 유닛들이 개시된 바 있으나, 이는 원가 상승 및 제어의 복잡성을 증가시키는 원인이 된다. 본 발명에서는 EGR 밸브(100), 배압 밸브(200) 및 각각의 링크들(330, 430)에 의해 연동하는 캠들(300, 400)을 포함하는 밸브 모듈에 대한 구조만을 제안한다.
본 발명의 주요 특징에 따르면 EGR 밸브(100)와 배압 밸브(200)는 각각 제 1 링크(110)의 제 1 핀(120)에 결합되어 있는 제 1 캠(300) 및 제 2 링크(210)의 제 2 핀(220)에 결합되어 있는 제 2 캠(400)에 의해 연동하여 움직인다.
본 발명에 따르면, 제 1 캠(300)은 제 1 링크(110)의 제 1 핀(120)에 의해 EGR 밸브(100)와 연동하고, 제 2 캠(400)은 제 2 링크(210)의 제 2 핀(220)에 의해 배압 밸브(200)와 연동하는 구조이다.
먼저, EGR 밸브(100)와 연동하는 제 1 링크(110)의 제 1 핀(120)이 제 1 핀가이드홀(310)의 제 1 가이드부(311)에서 EGR 밸브(100)의 개도가 0일 때, 흡기 유로(20) 상에는 신기만 흐른다. 최초 배압 밸브(200)는 전체 열림 상태(full open) 상태로 개방되어 열림 상태를 유지하고 있으며, 배압 밸브(200)와 연동하는 제 2 핀(220)이 제 3 가이드부(411)에서 이동한다. 즉, 배압 밸브(200)와 연동하는 제 2 핀(220)이 제 3 가이드부(411)에 위치하는 경우에 최초 배압 밸브(200)는 전체 열림 상태(full open) 상태로 개방되어 열림 상태를 유지하고 비회전 상태에 있다.
이어서, EGR 밸브(100)와 연동하는 제 1 링크(110)의 제 1 핀(120)이 제 1 핀가이드홀(310)의 제 1 가이드부(311)를 따라 시계 반대 방향으로 이동하고, 배압 밸브(200)와 연동하는 제 2 링크(210)의 제 2 핀(220)이 제 3 가이드부(411)에서 이동하는 경우에는 배압 밸브(200)가 비회전 상태에 있다. 그리고, 배압 밸브(200)와 연동하는 제 2 링크(210)의 제 2 핀(220)이 제 4 가이드부(412)에서 이동하는 경우에, 배압 밸브(200)가 열림 상태에서 닫힘 상태로 시계 반대 방향으로 회전한다. 따라서, EGR 밸브(100)가 소정의 개도각 이상으로 개방되면 EGR 가스가 흡기 유로(10) 측으로 공급되고, 공급된 EGR 가스는 신기와 만나 혼합된다.
바람직하게, 상기 제 3 가이드부(411)와 제 4 가이드부(412)에서 EGR 밸브(100)가 시계 반대 방향으로 회전하는 경우에 제 1 링크(110)의 제 1 핀(120)에 의해 연동하는 제 1 캠(300)은 시계 방향으로 회전하고, 상기 제 5 가이드부(413)에서 배압 밸브(200)가 시계 반대 방향으로 회전하는 경우에 제 2 링크(210)의 제 2 핀(220)에 의해 연동하는 제 2 캠(400)은 시계 반대 방향으로 회전한다.
상기 EGR 밸브(100)와 연동하는 제 1 링크(110)의 제 1 핀(120)이 제 1 핀가이드홀(310)의 제 1 가이드부(311)에서 이동하여 EGR 밸브(100)가 최대 개도각으로 개방되면 제 2 캠(400)과 연동하는 배압 밸브(200)를 완전히 폐쇄(full close)하고, 흡기 유로(10)의 하류에는 EGR 가스만이 공급된다. 이 때, 배압 밸브(200)에 의해 흡기 유로(10)의 하류측에는 최대 배압이 형성되어 EGR 가스의 공급 속도 또한 더욱 빨라진다.
한편, EGR 밸브(100)와 연동하는 제 1 링크(110)의 제1 핀(120)이 제 2 가이드부(312)에서 이동하여 EGR 밸브(100)가 비회전 상태에 있고, 제 2 캠(400)과 연동하는 제 2 링크(210)의 제 2 핀(220)이 제 5 가이드부(413)에서 이동하는 경우에 배압 밸브(200)와 연동하는 제 2 캠(400)은 역방향인 시계 반대 방향으로 회전한다.
본 발명에 따른 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 방법은, 자동차 엔진의 연소실에서 배출된 배기가스 일부를 흡기 측으로 재순환시키는 경로상에서 배기가스 순환량을 조절하기 위해 (a) 모터의 구동력을 증대하고(S100), (b) 상기 구동력에 의해 구동되는 캠과 연동되는 상기 배압 밸브 및 EGR 밸브를 구동한다(S120). 이어서, (c) 상기 배압 밸브 및 EGR 밸브의 개도 시간을 각각 측정하여 소정 시간 이상일 경우 고장으로 판단하도록 구성될 수 있다(S130).
종래에는 기어에 의해 변환된 구동력이 EGR 밸브와 직접 연결되어 EGR 밸브를 구동하면서 배압 밸브를 구동하는 방식이므로 고장을 검출하기 위해서는 EGR 밸브가 움직이는 상황에서 배압 밸브를 작동시켜야 하므로 엔진 정지 후에 모터의 부하를 증가시켜 배터리의 소모가 커지는 문제점이 있다.
그러나, 본 발명에 따르면 모터의 구동력을 증대하는 기어가 존재하여 증대된 구동력이 캠에 의해 배압 밸브 및 EGR 밸브를 구동하는 구조로서 정방향 구동시에는 EGR 밸브, 역방향 구동시에는 배압 밸브만을 구동시킬 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 배압 밸브 또는 EGR 밸브는 각각 제 1 링크의 제 1 핀에 결합되어 있는 제 1 캠 및 제 2 링크의 제 2 핀에 결합되어 있는 제 2 캠에 의해 각각 구동되는 구간이 있으므로 배압 밸브 또는 EGR 밸브에 대해 각각 고장 판단을 하여 고장 판단의 신뢰성 및 정확성을 향상시킬 수 있다.
바람직하게, 본 발명에 따른 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 방법에서 (c) 상기 배압 밸브 및 EGR 밸브의 개도 시간을 각각 측정하여 소정 시간 이상일 경우 고장으로 판단하는 단계(S130)는 EGR 밸브의 고장을 검출하거나 배압 밸브의 고장을 검출하는 과정으로 나누어서 수행될 수 있다.
먼저, EGR 밸브의 고장을 검출하기 위해 앞에서 설명한 바와 같이, EGR 밸브가 시계 반대 방향으로 회전하고 배압 밸브가 비회전 상태에 있도록 (ⅰ) EGR 밸브와 연동하는 제 1 링크의 제 1 핀이 제 1 핀가이드홀의 제 1 가이드부에서 이동하여 EGR 밸브가 회전하고, 제 2 링크의 제 2 핀이 제 2 핀가이드홀의 제 3 가이드부에서 이동시켜 EGR 밸브만 구동되는 구간까지 모터를 구동하고 정지시킨다(S131). 그리고, (ⅱ) 상기 EGR 밸브의 개도가 최소가 될 때까지의 시간을 측정하여 소정 시간 이상일 경우 EGR 밸브를 고장으로 판단하게 된다(S132).
이와 달리, 배압 밸브의 고장을 검출하기 위해 배압 밸브가 시계 반대 방향으로 회전하고 EGR 밸브가 비회전 상태에 있도록 (ⅲ) 제 2 캠에 형성되어 있는 제 2 핀가이드홀과 결합하여 연동하는 제 2 링크의 제 2 핀이 제 5 가이드부에서 이동시켜 배압 밸브만 구동되는 구간까지 모터를 구동하고 정지시킨다(S133). 이어서, (ⅳ) 상기 배압 밸브의 개도가 최대가 될 때까지의 시간을 측정하여 소정 시간 이상일 경우 배압 밸브를 고장으로 판단(S134)하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 배압 밸브 및 EGR 밸브의 고장 검출을 수행함과 동시에 센서의 학습을 동시에 수행할 수 있고, 경우에 따라 아이싱(Icing) 및 클리닝을 위한 캠 프로파일을 변형할 수 있다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 및 센서의 학습을 수행하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 바람직하게 상기 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 및 센서의 학습을 수행하는 단계는 (ㄱ) EGR 밸브 모듈이 정상 작동하는 경우의 작동 상태들로 정상 작동 조건을 설정한다(S210). 이어서, 상기 EGR 밸브 모듈이 작동하는 정상 작동 영역과 EGR 밸브 모듈이 작동하지 않는 비정상 작동 영역으로 나누고 (ㄴ) 배압 밸브 및 EGR 밸브의 개도 시간을 각각 측정하여 학습 및 저장한다(S220). 상기 단계들과 배압 밸브의 학습된 개도 시간들과 배압 밸브의 시간 차이와 EGR 밸브의 학습된 개도 시간들과 EGR 밸브의 시간 차이를 이용하여 (ㄷ) 배압 밸브 및 EGR 밸브의 고장 또는 정상을 판단한다(S230). 상기 밸브들의 개도가 최대가 될 때까지의 시간을 측정하여 소정 시간 이상일 경우에 고장으로 판단한다.
여기서, 상기 (ㄴ) 학습 단계는 하기와 같이 각각의 단계로 나누어질 수 있다.
먼저, 제 1 링크의 제 1 핀이 제 1 가이드부에서 이동하는 동안에 배압 밸브는 개방되어 비회전 상태에 있고, 제 2 링크의 제 2 핀이 제 2 핀가이드홀의 제 3 가이드부에서 이동하는 동안에 EGR 밸브가 회전하는 상태로 EGR 밸브의 개도 시간을 측정하여 학습을 진행하도록 하면, (ㄴ-1) 제 1 링크의 제 1 핀이 제 1 핀가이드홀의 제 1 가이드부에서 이동하고, 제 2 링크의 제 2 핀이 제 2 핀가이드홀의 제 3 가이드부에서 이동하는 동안에 배압 밸브가 비회전 상태에 있고, EGR 밸브의 개도 시간을 측정하여 학습하는 단계로 구성될 수 있다.
다음으로, 제 1 링크의 제 1 핀이 제 1 가이드부에서 이동하는 동안에 배압 밸브가 회전하고, 제 2 링크의 제 2 핀이 제 2 핀가이드홀의 제 4 가이드부에서 이동하는 동안에 EGR 밸브가 회전하는 상태로 EGR 밸브의 개도 시간을 측정하여 학습을 진행하도록 하면, (ㄴ-2) 제 1 링크의 제 1 핀이 제 1 핀가이드홀의 제 1 가이드부에서 이동하고, 제 2 링크의 제 2 핀이 제 2 핀가이드홀의 제 4 가이드부에서 이동하는 동안에 배압 밸브가 시계 반대 방향으로 회전하고, EGR 밸브의 개도 시간을 측정하여 학습하는 단계로 구성될 수 있다. 이 단계에서는 배압 밸브의 개도 시간을 측정하여 학습하도록 구성될 수도 있다.
그리고, 제 1 링크의 제 1 핀이 제 2 가이드부에서 이동하는 동안에 배압 밸브가 회전하여 밀폐되고, 제 2 링크의 제 2 핀이 제 2 핀가이드홀의 제 5 가이드부에서 이동하여 EGR 밸브가 비회전 상태에 있는 동안에 배압 밸브의 개도 시간을 측정하여 학습을 진행하도록 하면, (ㄴ-3) 제 1 링크의 제 1 핀이 제 1 핀가이드홀의 제 2 가이드부에서 이동하고, 제 2 링크의 제 2 핀이 제 5 가이드부에서 이동하는 동안에 EGR 밸브가 비회전 상태에 있고, 배압 밸브의 개도 시간을 측정하여 학습하는 단계로 구성될 수 있다.
참고로 상기 (ㄴ-1), (ㄴ-2), (ㄴ-3)의 표현은 각 단계를 구분하는 것일 뿐, 각 단계의 우선순위를 의미하는 것은 아님을 유의해야 한다.
이와 같이, 배압 밸브 및 EGR 밸브의 개도 시간을 측정하는 판단 방법으로 학습함으로써 EGR 밸브 모듈의 고장 또는 정상을 정확하고 신속하게 판단할 수 있다.
또한, 모터에 듀티 리미트(Duty Limit)를 설정한 후에 역방향 회전시 특정 듀티 리미트에서 플랩이 회전할 수 있는 각도 및 모터 전원 오프 후에 플랩이 원위치로 복귀하는지를 확인하면 배압 밸브 또는 EGR 밸브의 고장 유무를 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 방법은 엔진 정지 후 모터 및 배터리의 내구성을 단축함이 없이 EGR 밸브 모듈의 배압 밸브 및 EGR 밸브의 고장 검출을 수행할 수 있고, 고장 검출을 수행함과 동시에 EGR 밸브 모듈에 구비되어 있는 센서의 학습을 동시에 수행하여 고장 판단의 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 일체형 배압 밸브 및 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 방법은 EGR 밸브 모듈과 ACV의 제어를 하나로 통합함으로써 ECU 제어 부하를 감소시켜 차량의 중량 감소로 인하여 연비를 향상시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명의 실시 예에 따른 일체형 배압 밸브 및 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 방법은, 엔진 및 EGR에 구비되던 센서를 이용하여 종래의 고가의 EGR 유량센서를 적용하지 않더라도 종래에 비하여 더 정밀하게 고장을 검출할 수 있다. 또한, 추가적인 장치 없이 종래 차량에 구비되던 센서를 이용하여 EGR 고장을 검출하게 되므로, 추가적인 장치를 설치하기 위한 설계가 배제되고 전체적인 제작비용이 저감된다.
본 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 의해 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 따라서, 이상에서 기술한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 발명의일 실시예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: EGR 유로 20: 흡기 유로
100: EGR 밸브 110: 제 1 링크
120: 제 1 핀 200: 배압 밸브
210: 제 2 링크 220: 제 2 핀
300: 제 1 캠 310: 제 1 핀가이드홀
311: 제 1 가이드부 312: 제 2 가이드부
400: 제 2 캠 410: 제 2 핀가이드홀
411: 제 3 가이드부 412: 제 4 가이드부
413: 제 5 가이드부

Claims (7)

  1. 자동차 엔진의 연소실에서 배출된 배기가스 일부를 흡기 측으로 재순환시키는 경로상에서 배기가스 순환량을 조절하기 위한 일체형 배압 밸브 및 EGR 밸브 모듈로서,
    (a) 모터의 구동력을 증대하는 단계;
    (b) 상기 구동력에 의해 구동되는 캠과 연동되는 상기 배압 밸브 및 EGR 밸브를 구동하는 단계; 및
    (c) 상기 배압 밸브 및 EGR 밸브의 개도 시간을 각각 측정하여 소정 시간 이상일 경우 고장으로 판단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (ⅰ) 상기 EGR 밸브의 고장 검출을 위해 EGR 밸브만 구동되는 구간까지 모터를 구동하고 정지시키는 단계; 및
    (ⅱ) 상기 EGR 밸브의 개도가 최소가 될 때까지의 시간을 측정하여 소정 시간 이상일 경우 EGR 밸브를 고장으로 판단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (ⅲ) 상기 배압 밸브의 고장 검출을 위해 배압 밸브만 구동되는 구간까지 모터를 구동하고 정지시키는 단계; 및
    (ⅳ) 상기 배압 밸브의 개도가 최대가 될 때까지의 시간을 측정하여 소정 시간 이상일 경우 배압 밸브를 고장으로 판단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 및 센서의 학습을 수행하는 단계는,
    (ㄱ) EGR 밸브 모듈이 정상 작동하는 경우의 작동 상태들로 정상 작동 조건을 설정하는 설정단계;
    (ㄴ) 배압 밸브 및 EGR 밸브의 개도 시간을 각각 측정하여 학습 및 저장하는 학습단계; 및
    (ㄷ) 배압 밸브 및 EGR 밸브의 고장 또는 정상을 판단하는 판단 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (ㄴ) 단계는,
    제 1 링크의 제 1 핀이 제 1 핀가이드홀의 제 1 가이드부에서 이동하고, 제 2 링크의 제 2 핀이 제 2 핀가이드홀의 제 3 가이드부에서 이동하는 동안에 배압 밸브가 비회전 상태에 있고, EGR 밸브의 개도 시간을 측정하여 학습하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 (ㄴ) 단계는,
    제 1 링크의 제 1 핀이 제 1 핀가이드홀의 제 1 가이드부에서 이동하고, 제 2 링크의 제 2 핀이 제 2 핀가이드홀의 제 4 가이드부에서 이동하는 동안에 배압 밸브가 회전하고, EGR 밸브의 개도 시간을 측정하여 학습하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 (ㄴ) 단계는,
    제 1 링크의 제 1 핀이 제 1 핀가이드홀의 제 2 가이드부에서 이동하고, 제 2 링크의 제 2 핀이 제 5 가이드부에서 이동하는 동안에 EGR 밸브가 비회전 상태에 있고, 배압 밸브의 개도 시간을 측정하여 학습하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 모듈의 고장 검출 방법.
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