KR20190000226A

KR20190000226A - Egr 시스템의 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20190000226A
Application number: KR1020170079303A
Authority: KR
Inventors: 성용하
Original assignee: 자동차부품연구원
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2019-01-02
Also published as: KR102215688B1

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 EGR 시스템의 제어 장치는, 터빈 및 컴프레서를 포함하는 터보 차저, EGR(Exhaust Gas Recirculation) 라인을 흐르는 EGR 가스를 냉각시키는 EGR 쿨러, 엔진의 배기 매니폴드 측에서 분기되어 EGR 쿨러를 우회하여 EGR 가스가 흐르도록 EGR 쿨러와 병렬로 연결된 바이패스 라인, EGR 라인을 흐르는 EGR 가스의 양 및 바이패스 라인을 흐르는 EGR 가스의 양의 비율을 조절하는 바이패스 밸브, EGR 라인에 설치되어 엔진의 흡기 매니폴드 측으로 공급되는 EGR 가스의 양 및 신기의 양을 조절하는 EGR 밸브, 및 EGR 쿨러의 후단의 온도에 기초하여 EGR 쿨러의 이상 여부를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 EGR 라인 및 바이패스 라인을 흐르는 전체 EGR 가스 대비 바이패스 라인을 흐르는 EGR 가스의 비율인 EGR 우회율을 결정하여 바이패스 밸브의 개도를 제어하며, EGR 우회율 및 엔진의 운전 상태를 토대로 목표 신기량을 결정하여 EGR 밸브의 개도를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

EGR 시스템의 제어 장치 및 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING EXHAUST GAS RECIRCULATON SYSTEM AND METHOD THEREOF}

본 발명은 EGR 시스템의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 외부로 배출되는 질소산화물 및 연료의 증발가스를 감소시키기 위한 EGR 시스템의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

차량의 내연 기관으로부터 외부로 배출되는 배기가스는 일산화탄소, 탄화수소 및 질소산화물과 같이 대기 오염을 유발하는 다량의 유해 성분이 포함되어 있다. 이에, 차량의 내연 기관에는 외부로 배출되는 배기가스를 감소시키기 위한 시스템이 구비되며, 이러한 배기가스 감소 시스템으로서 배기가스의 일부를 재순환시키는 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 시스템 및 연료탱크의 증발가스를 퍼지시키는 퍼지 시스템이 있다.

EGR 시스템은 터보 차저(Turbo Charger)가 탑재된 내연 기관에 주로 적용되어, 배기 라인에 설치된 터빈의 하류측에 형성되는 분기부로부터 흡기 라인에 설치된 컴프레서의 상류측에 형성되는 합류부로 배기가스의 일부를 재순환시켜서 배기가스의 일부를 흡입가스와 혼합시키는 장치를 말한다. 그리고, 퍼지 시스템은 엔진 정지 시 연료탱크에서 발생한 증발가스를 캐니스터 내부에 구비된 활성탄을 통해 흡수하여 포집한 후, 엔진이 다시 가동되어 주행이 시작되면 엔진 부압에 의하여 캐니스터에 포집된 연료 증발가스가 엔진으로 공급되어 연소되는 시스템을 말한다.

EGR 시스템에 있어서 연소실의 온도가 높을수록 질소 산화물의 생성량이 증가하기 때문에, 연소실의 온도 감소는 질소 산화물의 생성을 억제하기 위한 중요한 고려 인자가 된다. 이를 위해 EGR 시스템에는 EGR 쿨러가 구비되며, EGR 라인으로 흐르는 EGR 가스는 EGR 쿨러에 의해 냉각되고 신기와 혼합되어 흡기 매니폴드로 공급됨으로써 연소실의 온도가 감소될 수 있다.

다만, EGR 쿨러는 엔진으로부터 배출된 배기가스 내에 존재하는 슈트(soot) 성분으로 인해 그 내부에 이물질이 퇴적될 수 있으며, 이에 따라 EGR 쿨러를 통한 냉각 효율이 감소하고 연소실의 온도가 충분히 감소되지 못하게 되어 질소 산화물의 생성을 효과적으로 억제하지 못하는 문제점이 발생한다.

또한, 종래 EGR 시스템 및 퍼지 시스템은 모두 엔진의 흡기 매니폴드를 통해 각각 EGR 가스 및 연료 증발가스를 엔진으로 공급되는 구조로 설계되어 있으나, 그 제어는 각각 독립적으로 수행되어 제어 효율이 떨어지는 문제점이 존재하였다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0023062호(2004.03.18 공개)에 개시되어 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 EGR 쿨러에 이상이 발생한 경우라도 질소 산화물의 발생을 효과적으로 억제하고, 배기가스의 재순환 및 연료 증발가스에 대한 퍼지를 통합적으로 제어하여 그 제어 효율성을 향상시키기 위한 EGR 시스템의 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 EGR 시스템의 제어 장치는, 터빈 및 컴프레서를 포함하는 터보 차저, EGR(Exhaust Gas Recirculation) 라인을 흐르는 EGR 가스를 냉각시키는 EGR 쿨러, 엔진의 배기 매니폴드 측에서 분기되어 상기 EGR 쿨러를 우회하여 EGR 가스가 흐르도록 상기 EGR 쿨러와 병렬로 연결된 바이패스 라인, 상기 EGR 라인을 흐르는 EGR 가스의 양 및 상기 바이패스 라인을 흐르는 EGR 가스의 양의 비율을 조절하는 바이패스 밸브, 상기 EGR 라인에 설치되어 상기 엔진의 흡기 매니폴드 측으로 공급되는 EGR 가스의 양 및 신기의 양을 조절하는 EGR 밸브, 및 상기 EGR 쿨러의 후단의 온도에 기초하여 상기 EGR 쿨러의 이상 여부를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 상기 EGR 라인 및 상기 바이패스 라인을 흐르는 전체 EGR 가스 대비 상기 바이패스 라인을 흐르는 EGR 가스의 비율인 EGR 우회율을 결정하여 상기 바이패스 밸브의 개도를 제어하며, 상기 EGR 우회율 및 상기 엔진의 운전 상태를 토대로 목표 신기량을 결정하여 상기 EGR 밸브의 개도를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 EGR 쿨러의 전단 및 후단 간의 온도차가 미리 설정된 제1 기준치 미만인 경우, 상기 EGR 쿨러의 이상으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 EGR 쿨러의 후단의 온도 및 상기 바이패스 라인의 온도 간의 온도차가 미리 설정된 제2 기준치 미만인 경우, 상기 EGR 쿨러의 이상으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 EGR 쿨러는 내부의 이물질을 배출하기 위한 배출 라인과 연결되고, 상기 제어부는, 상기 EGR 쿨러가 이상인 것으로 판단한 경우, 상기 EGR 쿨러 내부의 이물질을 상기 배출 라인을 통해 제거하기 위해 요구되는 EGR 가스의 양에 근거하여 상기 EGR 우회율을 결정하되, 상기 EGR 우회율을 80% 이상의 값으로 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 EGR 쿨러가 정상인 것으로 판단한 경우, 상기 엔진의 온도에 근거하여 상기 EGR 우회율을 결정하되, 상기 엔진의 온도가 높을수록 EGR 우회율을 더 낮은 값으로 결정하고, 상기 엔진의 온도가 미리 설정된 상한 온도 이상인 경우에는 EGR 우회율을 0%로 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 결정된 EGR 우회율이 클수록 상기 목표 신기량을 더 작은 값으로 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 연료탱크 내부의 연료 증발가스를 포집하는 캐니스터, 및 상기 컴프레서의 전단에 부압을 생성하기 위한 부압 밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 캐니스터로부터 상기 컴프레서의 전단으로 상기 연료 증발가스를 퍼지시키기 위해, 상기 흡기 매니폴드의 부압에 근거하여 상기 부압 밸브의 개도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 컴프레서의 전단에 상기 흡기 매니폴드의 부압보다 더 큰 부압이 생성되도록 상기 부압 밸브의 개도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 캐니스터로부터 상기 컴프레서의 전단으로 퍼지되는 연료 증발가스의 양을 더 고려하여 상기 목표 신기량을 결정하되, 상기 퍼지되는 연료 증발가스의 양이 많을수록 상기 목표 신기량을 더 작은 값으로 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 EGR 시스템의 제어 방법은, 제어부가, 상기 EGR 쿨러의 후단의 온도에 기초하여 상기 EGR 쿨러의 이상 여부를 판단하는 단계, 상기 제어부가, 상기 EGR 쿨러의 이상 여부를 판단한 결과에 따라 상기 EGR 라인 및 상기 바이패스 라인을 흐르는 전체 EGR 가스 대비 상기 바이패스 라인을 흐르는 EGR 가스의 비율인 EGR 우회율을 결정하여 상기 바이패스 밸브의 개도를 제어하는 단계, 및 상기 제어부가, 상기 EGR 우회율 및 상기 엔진의 운전 상태를 토대로 목표 신기량을 결정하여 상기 EGR 밸브의 개도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 EGR 시스템은, 연료탱크에서 발생한 연료 증발가스를 포집하는 캐니스터, 및 상기 컴프레서의 전단에 부압을 생성하기 위한 부압 밸브를 더 포함하고, 상기 제어부가, 상기 캐니스터로부터 상기 컴프레서의 전단으로 상기 연료 증발가스를 퍼지시키기 위해, 상기 흡기 매니폴드의 부압에 근거하여 상기 부압 밸브의 개도를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 EGR 밸브의 개도를 제어하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 캐니스터로부터 상기 컴프레서의 전단으로 퍼지되는 연료 증발가스의 양을 더 고려하여 상기 목표 신기량을 결정하되, 상기 퍼지되는 연료 증발가스의 양이 많을수록 상기 목표 신기량을 더 큰 값으로 결정하는 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 EGR 쿨러의 이상 여부에 따라 EGR 라인 및 바이패스 라인을 각각 흐르는 EGR 가스의 비율을 조절함으로써 질소 산화물의 발생을 효과적으로 억제할 수 있으며, 배기가스의 재순환 및 연료 증발가스의 퍼지를 통합적으로 제어하여 동시에 수행되도록 함으로써 차량 외부로 배출되는 유해 가스를 효과적으로 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 시스템의 제어 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 EGR 시스템의 제어 장치 및 방법의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 시스템의 제어 장치를 설명하기 위한 구성도이다.

도 1에 도시된 것과 같이, 터보 차저(100)는 엔진(700)으로부터 배출된 배기가스에 의해 회전하는 터빈(130), 및 터빈(130)에 의해 회전되어 엔진(700)으로 공급되는 흡입가스를 압축하는 컴프레서(110)를 포함한다. 즉, 터빈(130)은 배기 라인 상에 설치되며, 컴프레서(110)는 흡기 라인 상에 설치된다. 한편, 본 실시예에서 엔진(700)은 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진 등으로 구현될 수 있으며, 특정 방식의 엔진으로 제한되지 않는다.

EGR 라인(LINE_EGR)은 배기 라인과 흡기 라인을 연통하여 설치된다. 구체적으로, EGR 라인(LINE_EGR)은 터빈(130)의 후단 측 배기 라인으로부터 컴프레서(110)의 전단 측 흡기 라인 사이를 연통하여 설치된다. 이에 따라, EGR 라인(LINE_EGR)은 엔진(700)으로부터 배출된 배기가스 중 일부를 컴프레서(110)의 전단 측의 흡기 라인으로 재순환시켜 흡기가스(즉, 신기)와 혼합되도록 하는 역할을 수행한다. EGR 라인(LINE_EGR) 상에는 EGR 쿨러(200) 및 EGR 밸브(400)가 설치된다.

EGR 쿨러(200)는 EGR 라인(LINE_EGR)을 흐르는 EGR 가스를 냉각시키는 역할을 수행한다. EGR 가스가 재순환되고 연소실로 공급되어 연소되는 경우, 연소 과정에서 흡수되는 열(이는 연소실의 온도 감소 정도를 의미한다.)은 연소 온도 및 EGR 가스의 온도의 온도차에 비례하기 때문에, EGR 쿨러(200)는 연소 온도 및 EGR 가스의 온도의 온도차를 증가시켜 연소실의 온도를 감소시키기 위해 EGR 가스를 냉각시킨다.

한편, 전술한 것과 같이 EGR 쿨러(200)는 엔진(700)으로부터 배출된 배기가스 내에 존재하는 슈트 성분으로 인해 그 내부에 이물질이 퇴적될 수 있기 때문애, 본 실시예에서 EGR 쿨러(200)는 EGR 라인(LINE_EGR)으로 흐르는 EGR 가스에 의해 이물질이 배출되기 위한 배출 라인(210)이 연결될 수 있으며, 구체적인 설명은 후술한다.

EGR 밸브(400)는 EGR 라인(LINE_EGR)(50)을 통해 재순환되는 EGR 가스의 양을 조절한다. 본 실시예에서 EGR 밸브(400)는 후술할 제어부(600)에 의해 EGR 우회율 및 엔진(700)의 운전 상태를 토대로 결정된 목표 신기량에 따라 그 개도가 제어될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.

바이패스 라인(LINE_BYPASS)은 엔진(700)의 배기 매니폴드(730) 측에서 분기되어 EGR 쿨러(200)를 우회하여 EGR 가스가 흐르도록 EGR 쿨러(200)와 병렬로 연결된다. 바이패스 밸브(300)는 EGR 라인(LINE_EGR)을 흐르는 EGR 가스의 양 및 바이패스 라인(LINE_BYPASS)을 흐르는 EGR 가스의 양의 비율을 조절한다.

한편, 도 1에는 도시하지 않았으나, 본 실시예에 따른 EGR 시스템의 제어 장치는 통상적인 내연 기관 및 EGR 시스템과 같이 외부로부터 유입되는 공기에 포함된 고체 입자상 물질을 제거하는 에어 클리너, 컴프레서(110)에 의해 압축되어 고온을 갖는 흡입가스를 팽창시킴으로써 흡입가스를 냉각시키는 인터쿨러, 엔진(700)으로 공급되는 흡입가스의 양을 조절하는 스로틀 밸브, 및 배기가스 중의 입자상 물질(PM: Particle Matter)을 포집하고 연소시켜 제거하는 배기가스 후처리 장치(DPF: Diesel Particulate Filter) 등을 포함할 수 있다

제어부(600)는 EGR 쿨러(200)의 후단의 온도에 기초하여 EGR 쿨러(200)의 이상 여부를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 EGR 라인(LINE_EGR) 및 바이패스 라인(LINE_BYPASS)을 흐르는 전체 EGR 가스 대비 바이패스 라인(LINE_BYPASS)을 흐르는 EGR 가스의 비율인 EGR 우회율을 결정하여 바이패스 밸브(300)의 개도를 제어하며, EGR 우회율 및 엔진(700)의 운전 상태를 토대로 목표 신기량을 결정하여 EGR 밸브(400)의 개도를 제어한다.

구체적으로, 본 실시예는 엔진(700)의 연소 과정에서 발생하는 질소 산화물의 생성을 억제하는 것을 그 목적으로 하고, 질소 산화물의 생성을 억제하기 위해서는 연소실의 온도를 충분히 감소시켜야 하며, 연소실의 온도 감소를 위해서는 EGR 가스를 냉각시켜 연소실의 온도 및 EGR 가스의 온도의 온도차를 형성하는 EGR 쿨러(200)의 이상 여부를 선결적으로 판단해야 할 필요성이 있다.

이에, 본 실시예에서 제어부(600)는 EGR 쿨러(200)의 이상 여부를 판단한 후, EGR 쿨러(200)의 이상이 발생한 경우 EGR 우회율을 결정하여 EGR 쿨러(200) 내부의 이물질을 제거하는 동시에 바이패스 라인(LINE_BYPASS)을 통해 정상적인 배기가스의 재순환을 수행하고, EGR 쿨러(200)가 정상인 경우 연소실의 온도를 기반으로 EGR 우회율을 결정하여 EGR 가스의 온도를 제어하며, 최종적으로 EGR 우회율 및 엔진(700)의 운전 상태를 토대로 목표 신기량을 결정하여 EGR 밸브(400)의 개도를 제어함으로써 EGR 시스템의 연소 안정성을 향상시켜 질소 산화물의 생성을 억제한다.

여기서 EGR 우회율을 구체적으로 정의한다.

EGR 우회율은 EGR 라인(LINE_EGR) 및 바이패스 라인(LINE_BYPASS)을 흐르는 전체 EGR 가스 대비 바이패스 라인(LINE_BYPASS)을 흐르는 EGR 가스의 비율로 정의되며, 즉 하기 수학식 1로 정의된다.

EGR 우회율은 후술할 것과 같이 EGR 쿨러(200)가 이상인 경우에는 EGR 쿨러(200) 내부의 이물질을 제거하기 위해 요구되는 EGR 가스의 양에 근거하여 결정되며, EGR 쿨러(200)가 정상인 경우에는 엔진(700)의 온도에 근거하여 결정된다.

전술한 내용에 기초하여 본 실시예에 따른 EGR 시스템을 제어하는 과정을 제어부(600)의 동작을 중심으로 구체적으로 설명한다.

먼저, 제어부(600)는 EGR 쿨러(200)의 후단의 온도에 기초하여 EGR 쿨러(200)의 이상 여부를 판단한다.

이때, 제어부(600)는 EGR 쿨러(200)의 전단 및 후단 간의 온도차가 미리 설정된 제1 기준치 미만인 경우에 EGR 쿨러(200)의 이상으로 판단할 수 있다. 즉, EGR 쿨러(200)가 정상인 상태에서의 EGR 쿨러(200)의 전단 및 후단 간의 온도차를 제1 기준치로 미리 설정해 두고, EGR 쿨러(200)의 전단 및 후단 간의 실측 온도차가 제1 기준치 미만인 경우, 제어부(600)는 EGR 쿨러(200)를 통해 EGR 가스가 충분히 냉각되지 않은 것으로 판단하고 EGR 쿨러(200)의 이상으로 판단할 수 있다.

또한, 제어부(600)는 EGR 쿨러(200)의 후단의 온도 및 바이패스 라인(LINE_BYPASS)의 온도 간의 온도차가 미리 설정된 제2 기준치 미만인 경우, 제어부(600)는 EGR 쿨러(200)의 이상으로 판단할 수도 있다. 즉, EGR 쿨러(200)를 경유하여 냉각된 EGR 가스의 온도와, 바이패스 라인(LINE_BYPASS)의 온도 간의 온도차가 제2 기준치 미만인 경우, EGR 쿨러(200)를 통해 EGR 가스가 충분히 냉각되지 않은 것으로 판단하고 EGR 쿨러(200)의 이상으로 판단할 수 있다. 제2 기준치는 EGR 쿨러(200)가 정상인 상태에서 EGR 쿨러(200)의 후단의 온도 및 바이패스 라인(LINE_BYPASS)의 온도 간의 온도차로 제어부(600)에 미리 설정되어 있을 수 있다. 이때, 제어부(600)는 EGR 우회율을 50%로 결정하여 바이패스 밸브(300)의 개도를 제어함으로써 EGR 라인(LINE_EGR) 및 바이패스 라인(LINE_BYPASS)을 흐르는 각 EGR 가스의 양이 동일하도록 제어한 후 EGR 쿨러(200)의 후단의 온도 및 바이패스 라인(LINE_BYPASS)의 온도 간의 온도차를 측정할 수 있다. 즉, EGR 라인(LINE_EGR) 및 바이패스 라인(LINE_BYPASS)을 통한 각 EGR 가스의 재순환량을 동일하게 함으로써 EGR 쿨러(200)의 이상 여부를 보다 정확히 판단할 수 있다.

제어부(600)는 EGR 쿨러(200)가 이상인 것으로 판단한 경우, EGR 쿨러(200) 내부의 이물질을 배출 라인(210)을 통해 제거하기 위해 요구되는 EGR 가스의 양에 근거하여 EGR 우회율을 결정한다.

구체적으로, EGR 쿨러(200)는 배기가스의 순환 과정에서 그 내부에 응축수 또는 퇴적물 등의 이물질이 형성되며, 이에 따라 EGR 쿨러(200)의 냉각 효율이 저하되기 때문에, 본 실시예에서는 EGR 라인(LINE_EGR)으로 흐르는 EGR 가스를 이용하여 EGR 쿨러(200) 내부의 이물질을 배출 라인(210)을 통해 제거한다(이를 위해 EGR 쿨러(200) 내부에는 EGR 가스를 컴프레서(110) 전단과 배출 라인(210)으로 절환하여 배출하기 위한 배출 밸브(미도시)가 구비될 수 있다.).

이때, 이물질을 제거하기 위해 EGR 라인(LINE_EGR)으로 흐르는 EGR 가스는 흡기 매니폴드(710)로 재순환되지 않고 이물질과 함께 배출 라인(210)을 통해 배출되기 때문에, 정상적인 배기가스의 재순환을 위해서는 그 양을 제한할 필요성이 있으며, 이는 바이패스 라인(LINE_BYPASS)으로 흐르는 EGR 가스의 양을 증가시켜야 함을 의미하므로, 제어부(600)는 EGR 쿨러(200)가 이상인 것으로 판단한 경우 바이패스 라인(LINE_BYPASS)으로 흐르는 EGR 가스의 양이 EGR 라인(LINE_EGR)으로 흐르는 EGR 가스의 양보다 크도록, 바람직하게는 EGR 우회율을 80% 이상의 값으로 결정하여 바이패스 밸브(300)의 개도를 제어할 수 있다. 이를 통해, 정상적인 배기가스의 재순환을 유지함과 동시에 최소의 EGR 가스만을 이용하여 EGR 쿨러(200) 내부의 이물질을 제거할 수 있다.

한편, 제어부(600)는 EGR 쿨러(200)가 정상인 것으로 판단한 경우(즉, EGR 쿨러(200)의 전단 및 후단 간의 온도차가 제1 기준치 이상인 경우, 또는 EGR 쿨러(200)의 후단의 온도 및 바이패스 라인(LINE_BYPASS)의 온도 간의 온도차가 제2 기준치 이상인 경우), 엔진(700)의 온도에 근거하여 EGR 우회율을 결정한다.

구체적으로, 전술한 것과 같이 엔진(700)에서의 온도 감소량은 연소 온도 및 EGR 가스의 온도 간의 온도차에 비례하기 때문에, 제어부(600)는 현재 엔진(700)의 온도에 따라 EGR 우회율을 결정하여 엔진(700)으로 공급되는 EGR 가스의 온도를 제어한다. 즉, 제어부(600)는 EGR 라인(LINE_EGR)으로 흘러 EGR 쿨러(200)를 통해 냉각되는 EGR 가스의 양 및 바이패스 라인(LINE_BYPASS)으로 흘러 엔진(700)으로부터 배출 시의 온도를 유지하는 EGR 가스의 양의 비율을 조절하여 컴프레서(110) 전단에서 혼합되는 혼합 EGR 가스의 온도를 제어한다. 상기 방식을 통해 엔진(700)의 온도 및 EGR 가스의 온도 간의 온도차를 충분히 형성되도록 함으로써 연소실의 온도 감소 효과를 확보할 수 있다.

이때, 제어부(600)는 엔진(700)의 온도가 높을수록 EGR 우회율을 더 낮은 값으로 결정할 수 있다. 즉, 엔진(700)의 온도가 높은 경우, EGR 가스의 온도를 감소시켜 엔진(700)의 온도 및 EGR 가스의 온도 간의 온도차를 더 증가시킬 필요성이 있으므로, 제어부(600)는 엔진(700)의 온도가 높을수록 EGR 우회율을 더 낮은 값으로 결정하여 EGR 라인(LINE_EGR)으로 흐르는 EGR 가스의 양을 증가시킴으로써 연소실의 온도 감소량을 증가시킬 수 있다. 또한 제어부(600)는 엔진(700)의 온도가 미리 설정된 상한 온도 이상인 경우, EGR 우회율을 0%로 결정하여 배기가스 전부가 EGR 라인(LINE_EGR)으로 흘러 냉각되도록 함으로써 연소실의 온도 감소량을 최대화할 수도 있다.

EGR 우회율을 결정한 후, 제어부(600)는 EGR 우회율 및 엔진(700)의 운전 상태를 토대로 목표 신기량을 결정하여 EGR 밸브(400)의 개도를 제어한다. 엔진(700)의 운전 상태는 엔진(700)의 부하, 엔진(700) RPM 및 연료 분사량을 포함하며, 종래에는 이러한 엔진(700)의 운전 상태에 따라 목표 신기량을 결정하였으나, 본 실시예에서는 전술한 과정을 통해 결정된 EGR 우회율을 더 고려하여 목표 신기량을 결정한다. 이때, 제어부(600)는 EGR 우회율이 클수록 목표 신기량을 더 작은 값으로 결정할 수 있다.

구체적으로, EGR 가스의 연소 시 발생하는 질소 산화물의 생성량은 연소실의 온도뿐만 아니라 신기로부터 공급되는 산소량에 따라서도 결정되기 때문에, EGR 가스의 온도 및 신기량은 질소 산화물의 생성을 억제하기 위해 반드시 고려되어 하는 조건이 된다. EGR 가스의 온도는 전술한 것과 같이 EGR 우회율에 반영되며, EGR 우회율이 크다는 것은 전체 EGR 가스의 양 대비 EGR 쿨러(200)에 의해 냉각된 EGR 가스의 양이 작아 EGR 가스의 온도가 충분히 감소되지 못한 경우를 의미하므로 이를 신기량으로 보상할 필요성이 발생한다. 따라서, 제어부(600)는 EGR 우회율이 클수록 혼합 EGR 가스의 온도가 충분히 감소되지 않아 질소 산화물의 생성을 충분히 억제할 수 없는 것으로 판단하고, 이를 산소량의 감소로 보상하기 위해 목표 신기량을 더 낮게 결정한다.

즉, 질소 산화물의 생성을 억제하기 위한 고려 인자가 되는 연소실의 온도 감소량 및 산소량을 각각 EGR 우회율 및 목표 신기량으로 제어하여 상호 보상적인 관계로 결정되도록 제어함으로써 EGR 가스의 연소 시 질소 산화물의 생성을 효과적으로 억제할 수 있다.

한편, 전술한 것과 같이 종래의 EGR 시스템 및 퍼지 시스템은 모두 엔진(700)의 흡기 매니폴드(710)를 통해 각각 EGR 가스 및 연료 증발가스를 엔진(700)으로 공급되는 구조로 설계되어 있으나, 그 제어는 각각 독립적으로 수행되어 제어 효율이 떨어지는 문제점이 존재하였으며, 이에 본 실시예는 배기가스의 재순환 및 연료 증발가스에 대한 퍼지를 통합적으로 제어하여 그 제어 효율성을 향상시키기 위한 실시예를 제시한다.

이를 위해 본 실시예에 따른 EGR 시스템의 제어 장치는 연료탱크 내부의 연료 증발가스를 포집하는 캐니스터(800), 및 컴프레서(110)의 전단에 부압을 생성하기 위한 부압 밸브(500)를 더 포함할 수 있다. 부압 밸브(500)는 컴프레서(110) 전단과 외기의 연결을 제어하며, 부압 밸브(500)의 개도가 감소할수록 컴프레서(110)의 회전이 유지되는 상태에서 외기와의 연결이 차단되므로 컴프레서(110)의 전단에 부압이 형성된다. 이에 따라, 제어부(600)는 캐니스터(800)로부터 컴프레서(110)의 전단으로 연료 증발가스를 퍼지시키기 위해, 흡기 매니폴드(710)의 부압에 근거하여 부압 밸브(500)의 개도를 제어할 수 있다.

구체적으로, 종래의 퍼지 시스템은 캐니스터(800)에 포집된 연료 증발가스를 엔진(700)의 흡기 매니폴드(710) 측으로 직접 퍼지하는 방식을 채용하였으나, 터보 차저(100)의 과급 운전 영역에서는 흡기 매니폴드(710)의 압력이 매우 높기 때문에, 캐니스터(800)에 포집된 연료 증발가스를 흡기 매니폴드(710)를 통해 퍼지시키기 용이하지 않은 문제점이 존재하였다. 따라서, 본 실시예에서는 캐니스터(800)에 포집된 연료 증발가스를 컴프레서(110)의 전단으로 퍼지하도록 설계하고, EGR이 수행되는 경우 연료 증발가스의 퍼지를 동시에 수행하는 구성을 채용하여 배기가스의 재순환 및 연료 증발가스에 대한 퍼지를 통합적으로 수행한다.

이때, 제어부(600)는 컴프레서(110)의 전단에 흡기 매니폴드(710)의 부압보다 더 큰 부압이 생성되도록 부압 밸브(500)의 개도를 제어할 수 있다.

구체적으로, 도 1에는 캐니스터(800)에 포집된 연료 증발가스가 컴프레서(110)의 전단으로 퍼지되는 구성으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라서는 컴프레서(110)의 전단 및 흡기 매니폴드(710) 양 측으로 연료 증발가스가 퍼지되는 듀얼 퍼지 시스템으로 구현될 수도 있으며, 컴프레서(110)의 전단의 부압보다 흡기 매니폴드(710)의 부압이 더 큰 경우에는 컴프레서(110)의 전단으로의 퍼지가 효율적으로 수행되지 않기 때문에, 제어부(600)는 컴프레서(110)의 전단의 부압이 흡기 매니폴드(710)의 부압보다 더 크도록 부압 밸브(500)의 개도를 제어한다

배기가스의 재순환 및 연료 증발가스의 퍼지가 동시에 수행되는 경우, 제어부(600)는 목표 신기량을 결정할 때, EGR 우회율, 엔진(700)의 운전 상태뿐만 아니라 퍼지되는 연료 증발가스의 양을 더 고려하여 목표 신기량을 결정할 수 있다.

즉, 컴프레서(110)의 전단으로 퍼지되는 연료 증발가스는 EGR 가스와 함께 엔진(700)의 연소실에서 연소되며, 연료 증발가스의 연소는 연소실의 온도 상승을 유발하므로 EGR 가스의 연소를 통한 연소실의 온도 감소가 상쇄되는 문제점이 발생한다. 따라서, 제어부(600)는 연소실의 온도 감소 상쇄를 보상하기 위해 목표 신기량을 더 작은 값으로 결정함으로써 공급되는 산소량을 감소시켜 질소 산화물의 생성을 억제할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 시스템의 제어 방법을 설명하면, 먼저 제어부(600)는 EGR 쿨러(200)의 후단의 온도에 기초하여 상기 EGR 쿨러(200)의 이상 여부를 판단한다(S100). 제어부(600)는 EGR 쿨러(200)의 전단 및 후단 간의 온도차가 미리 설정된 제1 기준치 미만인 경우, 또는 EGR 쿨러(200)의 후단의 온도 및 바이패스 라인(LINE_BYPASS)의 온도 간의 온도차가 미리 설정된 제2 기준치 미만인 경우, EGR 쿨러(200)가 이상인 것으로 판단할 수 있다.

이어서, 제어부(600)는 EGR 쿨러(200)의 이상 여부를 판단한 결과에 따라 EGR 라인(LINE_EGR) 및 바이패스 라인(LINE_BYPASS)을 흐르는 전체 EGR 가스 대비 바이패스 라인(LINE_BYPASS)을 흐르는 EGR 가스의 비율인 EGR 우회율을 결정하여 바이패스 밸브(300)의 개도를 제어한다(S200).

이때, EGR 쿨러(200)가 이상인 것으로 판단된 경우, 제어부(600)는 EGR 쿨러(200) 내부의 이물질을 배출 라인(210)을 통해 제거하기 위해 요구되는 EGR 가스의 양에 근거하여 EGR 우회율을 결정할 수 있으며, 정상적인 배기가스의 재순환을 유지함과 동시에 최소의 EGR 가스만을 이용하여 EGR 쿨러(200) 내부의 이물질을 제거하기 위해 EGR 우회율을 80% 이상의 값으로 결정할 수 있다.

한편, EGR 쿨러(200)가 정상인 것으로 판단된 경우, 제어부(600)는 엔진(700)의 온도에 근거하여 EGR 우회율을 결정할 수 있으며, 엔진(700)의 온도가 높은 경우, EGR 가스의 온도를 감소시켜 엔진(700)의 온도 및 EGR 가스의 온도 간의 온도차를 더 증가시킬 필요성이 있으므로, 제어부(600)는 엔진(700)의 온도가 높을수록 EGR 우회율을 더 낮은 값으로 결정하여 EGR 라인(LINE_EGR)으로 흐르는 EGR 가스의 양을 증가시킴으로써 연소실의 온도 감소량을 증가시킬 수 있다.

이어서, 제어부(600)는 EGR 우회율 및 엔진(700)의 운전 상태를 토대로 목표 신기량을 결정하여 EGR 밸브(400)의 개도를 제어한다(S300).

이때, 제어부(600)는 EGR 우회율이 클수록 컴프레서(110) 전단의 혼합 EGR 가스의 온도가 충분히 감소되지 않아 질소 산화물의 생성을 충분히 억제할 수 없는 것으로 판단하고, 이를 산소량의 감소로 보상하기 위해 목표 신기량을 더 낮게 결정한다.

한편, 본 실시예에서 제어부(600)는 캐니스터(800)로부터 컴프레서(110)의 전단으로 연료 증발가스를 퍼지시키기 위해, 흡기 매니폴드(710)의 부압에 근거하여 부압 밸브(500)의 개도를 제어할 수 있으며, 구체적으로 컴프레서(110)의 전단에 흡기 매니폴드(710)의 부압보다 더 큰 부압이 생성되도록 부압 밸브(500)의 개도를 제어할 수 있다.

이에 따라 S300 단계에서 제어부(600)는 목표 신기량을 결정할 때, EGR 우회율, 엔진(700)의 운전 상태뿐만 아니라 퍼지되는 연료 증발가스의 양을 더 고려하여 목표 신기량을 결정할 수 있다. 즉, 제어부(600)는 연료 증발가스의 연소로 유발되는 연소실의 온도 상승으로 인해 EGR 가스의 연소를 통한 연소실의 온도 감소가 상쇄되는 것을 보상하기 위해, 목표 신기량을 더 작은 값으로 결정함으로써 공급되는 산소량을 감소시켜 질소 산화물의 생성을 억제할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, EGR 쿨러의 이상 여부에 따라 EGR 라인 및 바이패스 라인을 각각 흐르는 EGR 가스의 비율을 조절함으로써 질소 산화물의 발생을 효과적으로 억제할 수 있으며, 배기가스의 재순환 및 연료 증발가스의 퍼지를 통합적으로 제어하여 동시에 수행되도록 함으로써 차량 외부로 배출되는 유해 가스를 효과적으로 저감시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 터보 차저
110: 컴프레서
130: 터빈
200: EGR 쿨러
210: 배출 라인
300: 바이패스 밸브
400: EGR 밸브
500: 부압 밸브
600: 제어부
700: 엔진
710: 흡기 매니폴드
730: 배기 매니폴드
800: 캐니스터
900: 퍼지 밸브
LINE_EGR: EGR 라인
LINE_BYPASS: 바이패스 라인

Claims

터빈 및 컴프레서를 포함하는 터보 차저;
EGR(Exhaust Gas Recirculation) 라인을 흐르는 EGR 가스를 냉각시키는 EGR 쿨러;
엔진의 배기 매니폴드 측에서 분기되어 상기 EGR 쿨러를 우회하여 EGR 가스가 흐르도록 상기 EGR 쿨러와 병렬로 연결된 바이패스 라인;
상기 EGR 라인을 흐르는 EGR 가스의 양 및 상기 바이패스 라인을 흐르는 EGR 가스의 양의 비율을 조절하는 바이패스 밸브;
상기 EGR 라인에 설치되어 상기 엔진의 흡기 매니폴드 측으로 공급되는 EGR 가스의 양 및 신기의 양을 조절하는 EGR 밸브; 및
상기 EGR 쿨러의 후단의 온도에 기초하여 상기 EGR 쿨러의 이상 여부를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 상기 EGR 라인 및 상기 바이패스 라인을 흐르는 전체 EGR 가스 대비 상기 바이패스 라인을 흐르는 EGR 가스의 비율인 EGR 우회율을 결정하여 상기 바이패스 밸브의 개도를 제어하며, 상기 EGR 우회율 및 상기 엔진의 운전 상태를 토대로 목표 신기량을 결정하여 상기 EGR 밸브의 개도를 제어하는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템의 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 EGR 쿨러의 전단 및 후단 간의 온도차가 미리 설정된 제1 기준치 미만인 경우, 상기 EGR 쿨러의 이상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템의 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 EGR 쿨러의 후단의 온도 및 상기 바이패스 라인의 온도 간의 온도차가 미리 설정된 제2 기준치 미만인 경우, 상기 EGR 쿨러의 이상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템의 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 EGR 쿨러는 내부의 이물질을 배출하기 위한 배출 라인과 연결되고,
상기 제어부는, 상기 EGR 쿨러가 이상인 것으로 판단한 경우, 상기 EGR 쿨러 내부의 이물질을 상기 배출 라인을 통해 제거하기 위해 요구되는 EGR 가스의 양에 근거하여 상기 EGR 우회율을 결정하되, 상기 EGR 우회율을 80% 이상의 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템의 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 EGR 쿨러가 정상인 것으로 판단한 경우, 상기 엔진의 온도에 근거하여 상기 EGR 우회율을 결정하되, 상기 엔진의 온도가 높을수록 EGR 우회율을 더 낮은 값으로 결정하고, 상기 엔진의 온도가 미리 설정된 상한 온도 이상인 경우에는 EGR 우회율을 0%로 결정하는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템의 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 결정된 EGR 우회율이 클수록 상기 목표 신기량을 더 작은 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템의 제어 장치.
제1항에 있어서,
연료탱크 내부의 연료 증발가스를 포집하는 캐니스터; 및
상기 컴프레서의 전단에 부압을 생성하기 위한 부압 밸브;를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 캐니스터로부터 상기 컴프레서의 전단으로 상기 연료 증발가스를 퍼지시키기 위해, 상기 흡기 매니폴드의 부압에 근거하여 상기 부압 밸브의 개도를 제어하는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템의 제어 장치.
제7항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 컴프레서의 전단에 상기 흡기 매니폴드의 부압보다 더 큰 부압이 생성되도록 상기 부압 밸브의 개도를 제어하는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템의 제어 장치.
제8항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 캐니스터로부터 상기 컴프레서의 전단으로 퍼지되는 연료 증발가스의 양을 더 고려하여 상기 목표 신기량을 결정하되, 상기 퍼지되는 연료 증발가스의 양이 많을수록 상기 목표 신기량을 더 작은 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템의 제어 장치.
터빈 및 컴프레서를 포함하는 터보 차저, EGR(Exhaust Gas Recirculation) 라인을 흐르는 EGR 가스를 냉각시키는 EGR 쿨러, 엔진의 배기 매니폴드 측에서 분기되어 상기 EGR 쿨러를 우회하여 EGR 가스가 흐르도록 상기 EGR 쿨러와 병렬로 연결된 바이패스 라인, 상기 EGR 라인을 흐르는 EGR 가스의 양 및 상기 바이패스 라인을 흐르는 EGR 가스의 양의 비율을 조절하는 바이패스 밸브, 및 상기 EGR 라인에 설치되어 상기 엔진의 흡기 매니폴드 측으로 공급되는 EGR 가스의 양을 조절하는 EGR 밸브를 포함하는 EGR 시스템을 제어하는 방법으로서,
제어부가, 상기 EGR 쿨러의 후단의 온도에 기초하여 상기 EGR 쿨러의 이상 여부를 판단하는 단계;
상기 제어부가, 상기 EGR 쿨러의 이상 여부를 판단한 결과에 따라 상기 EGR 라인 및 상기 바이패스 라인을 흐르는 전체 EGR 가스 대비 상기 바이패스 라인을 흐르는 EGR 가스의 비율인 EGR 우회율을 결정하여 상기 바이패스 밸브의 개도를 제어하는 단계; 및
상기 제어부가, 상기 EGR 우회율 및 상기 엔진의 운전 상태를 토대로 목표 신기량을 결정하여 상기 EGR 밸브의 개도를 제어하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템의 제어 방법.
제10항에 있어서,
상기 EGR 시스템은, 연료탱크에서 발생한 연료 증발가스를 포집하는 캐니스터; 및
상기 컴프레서의 전단에 부압을 생성하기 위한 부압 밸브;를 더 포함하고,
상기 제어부가, 상기 캐니스터로부터 상기 컴프레서의 전단으로 상기 연료 증발가스를 퍼지시키기 위해, 상기 흡기 매니폴드의 부압에 근거하여 상기 부압 밸브의 개도를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템의 제어 방법.
제11항에 있어서,
상기 EGR 밸브의 개도를 제어하는 단계에서, 상기 제어부는,
상기 캐니스터로부터 상기 컴프레서의 전단으로 퍼지되는 연료 증발가스의 양을 더 고려하여 상기 목표 신기량을 결정하되, 상기 퍼지되는 연료 증발가스의 양이 많을수록 상기 목표 신기량을 더 큰 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템의 제어 방법.