KR20190014208A - 엔진의 egr 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 배기온도와 냉각수온도에 따라 EGR밸브 구동모터의 온도를 추정하는 온도모델을 이용하여, 배기온도와 냉각수온도의 조합에 대한 상기 구동모터의 온도를 추정하는 모터온도추정단계와; 상기 구동모터의 온도에 따른 허용유지전류의 관계로부터 상기 추정된 모터온도에 대한 허용유지전류를 획득하는 전류획득단계와; 상기 구동모터의 온도에 따른 허용유지전류를 허용듀티로 환산하는 듀티환산단계와; 상기 듀티환산단계에서 얻어진 허용듀티를 상기 배기온도와 냉각수온도의 조합에 대한 허용듀티로 저장하여 듀티제한맵을 형성하는 저장단계를 포함하여 구성된다.

Description

엔진의 EGR 제어방법{EGR CONTROL METHOD FOR ENGINE}

본 발명은 엔진의 EGR 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 순환되는 배기가스의 양을 조절하는 EGR밸브를 조절하는 기술에 관한 것이다.

차량에 탑재되는 엔진은 배기가스 중의 질소산화물 발생량을 저감하기 위하여 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 장치를 구비한다.

EGR 장치는 엔진의 배기측과 흡기측을 연결하는 EGR관로와, 엔진컨트롤러의 제어에 따라 상기 EGR관로를 통과하는 배기가스의 양을 조절하는 EGR밸브, 및 재순환되는 EGR가스의 온도를 낮추기 위한 EGR쿨러 등으로 구성된다.

상기 EGR밸브는 모터를 사용하여 정밀한 제어가 이루어지도록 구성되며, 상기 모터는 온도 등과 같이 운전조건의 제약이 있어서, 실질적으로 EGR밸브를 제어할 수 있는 범위가 제한되게 되며, 종래에는 통상 미리 설정되어 있는 가혹조건에 속하면 모터를 제어하기 위한 제어듀티값이 일정한 상수값으로 정해져서 그 이상으로는 모터의 제어가 불가하여, 적절한 EGR제어가 이루어지기 어렵다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2013-0021216 A

본 발명은 EGR밸브를 구동하는 모터의 용량을 증대하지 않으면서도, 가급적 가혹한 운전조건에서도 EGR밸브의 원활한 작동이 이루어질 수 있도록 함과 아울러 모터의 내구성도 충분히 확보할 수 있도록 함으로써, 모터 용량 증대에 의한 차량의 원가 상승을 방지하면서도 차량 배기가스 규제를 충족시킬 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 엔진의 EGR 제어를 위한 듀티제한맵 형성방법은,

엔진의 배기온도와 냉각수온도에 따라 EGR밸브 구동모터의 온도를 추정하는 온도모델을 이용하여, 배기온도와 냉각수온도의 조합에 대한 상기 구동모터의 온도를 추정하는 모터온도추정단계와;

상기 구동모터의 온도에 따른 허용유지전류의 관계로부터 상기 추정된 모터온도에 대한 허용유지전류를 획득하는 전류획득단계와;

상기 구동모터의 온도에 따른 허용유지전류를 허용듀티로 환산하는 듀티환산단계와;

상기 듀티환산단계에서 얻어진 허용듀티를 상기 배기온도와 냉각수온도의 조합에 대한 허용듀티로 저장하여 듀티제한맵을 형성하는 저장단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 배기온도와 냉각수온도의 조합은, 엔진의 운전 가능 영역을 다수의 서로 인접한 부분영역으로 나누고, 각 조합이 나누어진 각 부분영역을 대표하도록 설정될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 엔진의 EGR 제어방법은,

컨트롤러가 엔진의 배기온도와 냉각수온도를 입력 받는 온도입력단계와;

상기 컨트롤러가 상기 방법에 따라 형성된 듀티제한맵으로부터 상기 입력 받은 배기온도와 냉각수온도에 따른 허용듀티를 산출하는 허용듀티확정단계와;

상기 컨트롤러가 상기 허용듀티 이내의 범위에서 EGR밸브 구동모터를 제어하고, 이를 초과하는 듀티는 상기 구동모터에 인가하지 않고 금지하는 모터제어단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 컨트롤러는 EGR밸브 개도량과 VGT 개도량에 의해 EGR밸브 전후단 차압을 추정하고, 추정된 차압을 극복하면서 EGR밸브를 구동하는 데에 필요한 상기 구동모터의 요구듀티를 산출하여, 상기 요구듀티가 상기 허용듀티 이하의 경우에는 상기 요구듀티에 따라 상기 EGR밸브 구동모터를 제어하도록 할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 EGR밸브 전후단 차압에 따른 요구듀티가 상기 허용듀티를 초과하는 경우에는 상기 허용듀티에 따라 상기 EGR밸브 구동모터를 제어하도록 할 수 있다.

본 발명은 EGR밸브를 구동하는 모터의 용량을 증대하지 않으면서도, 가급적 가혹한 운전조건에서도 EGR밸브의 원활한 작동이 이루어질 수 있도록 함과 아울러 모터의 내구성도 충분히 확보할 수 있도록 함으로써, 모터 용량 증대에 의한 차량의 원가 상승을 방지하면서도 차량 배기가스 규제를 충족시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 엔진의 EGR 시스템을 예시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 엔진의 EGR 제어를 위한 듀티제한맵 형성방법의 실시예를 도시한 순서도,
도 3은 구동모터의 온도에 따른 허용유지전류의 관계를 나타내는 그래프,
도 4는 본 발명에 따라 형성된 듀티제한맵의 예를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 엔진의 EGR 제어방법을 예시한 순서도이다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 엔진의 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 시스템을 도시한 것으로서, 엔진(E)의 배기측으로부터 흡기측으로 연결되는 EGR라인(1)과, 상기 EGR라인(1)에 설치되어 EGR가스를 냉각시키는 EGR쿨러(3)와, 상기 EGR라인(1)에 설치되어 EGR가스의 양을 제어하는 EGR밸브(5), 및 엔진 배기가스로 작동되어 흡기를 과급하는 VGT(Variable Geometry Turbocharger: 7)가 구비되어 있다.

여기서, 상기 EGR밸브(5)는 EGR밸브 구동모터(9)에 의해 개도가 조절되도록 설치되어 있으며, 상기 VGT(7)의 베인 각도는 별도의 액츄에이터(11)에 의해 조절되도록 설치되고, 상기 구동모터와 액츄에이터(11)는 컨트롤러(13)에 의해 조절이 가능하도록 구성될 수 있다.

상기한 바와 같은 엔진의 EGR 시스템에 적용할 수 있는 본 발명 엔진의 EGR 제어를 위한 듀티제한맵 형성방법은, 도 2에 예시된 바와 같이, 엔진의 배기온도와 냉각수온도에 따라 EGR밸브 구동모터의 온도를 추정하는 온도모델을 이용하여, 배기온도와 냉각수온도의 조합에 대한 상기 구동모터의 온도를 추정하는 모터온도추정단계(S10)와; 상기 구동모터의 온도에 따른 허용유지전류의 관계로부터 상기 추정된 모터온도에 대한 허용유지전류를 획득하는 전류획득단계(S20)와; 상기 구동모터의 온도에 따른 허용유지전류를 허용듀티로 환산하는 듀티환산단계(S30)와; 상기 듀티환산단계(S30)에서 얻어진 허용듀티를 상기 배기온도와 냉각수온도의 조합에 대한 허용듀티로 저장하여 듀티제한맵을 형성하는 저장단계(S40)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 구동모터(9)의 온도에 따른 허용유지전류의 관계는 도 3에 예시된 바와 같이 해당 구동모터 고유의 실험적 스펙에 의하여 얻을 수 있다.

즉, EGR밸브 구동모터에 제공될 수 있는 듀티의 한계인 허용듀티를 엔진의 배기온도와 냉각수온도에 따른 구동모터의 온도에 따라 달라지게 설정함으로써, 구동모터의 안정된 작동성과 내구성이 보장되는 범위 내에서는 최대한으로 EGR밸브의 개도를 조절할 수 있도록 함으로써, 상기 구동모터의 용량을 증대하지 않으면서도, 가급적 가혹한 운전조건에서도 EGR밸브의 원활한 작동으로, 구동모터 용량 증대에 의한 차량의 원가 상승을 방지하면서도 차량의 배기가스 규제를 최대한 충족시킬 수 있도록 하는 것이다.

만약 상기 허용듀티를 엔진 배기온도와 냉각수온도의 변화에 무관하게 엔진의 모든 운전조건에서 상기 구동모터의 작동성과 내구성이 모두 확보될 수 있는 일정한 값으로 설정을 하는 경우에는, EGR밸브 구동모터에 상대적으로 더 큰 듀티값을 제공해서 EGR제어를 수행해야 하는 운전상황에서도 상기 허용듀티에 의해 제한됨으로써, 컨트롤러가 실질적으로 구동모터에 제공할 수 있는 최대 듀티는 상기 허용듀티이므로 충분한 EGR제어가 이루어지지 못하게 되는데, 본 발명은 이러한 상황을 가급적 배제할 수 있도록 한 것이다.

또한, 상기와 같이 허용듀티가 일정한 경우에는, 엔진의 모든 운전조건에서 상기 구동모터의 작동성과 내구성이 모두 확보될 수 있도록 EGR장치가 작동하도록 하기 위해서는 상대적으로 큰 용량의 구동모터를 사용하여야 하는데, 이는 비용과 중량의 증가를 초래하므로, 본 발명은 가급적 이러한 구동모터의 용량 증대를 회피하면서, 보다 넓은 엔진의 운전조건에서 가급적 EGR작용을 원활하게 수행할 수 있도록 하는 것이다.

상기 배기온도와 냉각수온도의 조합은, 엔진의 운전 가능 영역을 다수의 서로 인접한 부분영역으로 나누고, 각 조합이 나누어진 각 부분영역을 대표하도록 설정될 수 있다.

도 4에서, 엔진의 운전 가능 영역은 냉각수온도 80℃ 내지 110℃, 배기온도 650℃ 내지 800℃에 의해 다수의 부분영역으로 구획되어, 예컨대 냉각수온도 90℃, 배기온도 700℃의 조합은 허용듀티가 42%가 된다.

여기서, 상기 냉각수온도와 배기온도가 각 부분영역을 대표한다는 것은, 예컨대 냉각수온도 90℃는 인접한 온도 80℃와 100℃와의 관계에서 각각 절반의 영역을 포함하는 것으로 하면, 냉각수온도 90℃는 실질적으로 냉각수온도 85℃ 이상 95℃ 미만의 범위를 대표하는 온도가 되고, 마찬가지로 배기온도 700℃를 인접한 배기온도와 각각 절반의 영역을 포함하는 것으로 하면, 배기온도 700℃는 실질적으로 배기온도 675℃ 이상 725℃ 미만의 범위를 대표하는 온도가 되어, 결과적으로 상기 배기온도 700℃와 냉각수온도 90℃의 조합은 배기온도 675℃ 이상 725℃ 미만이고 냉각수온도 85℃ 이상 95℃ 미만인 엔진 운전 영역의 범위를 대표하는 것이며, 이때 이 운전 영역의 허용듀티는 42%가 된다는 것이다.

물론, 상기 냉각수온도와 배기온도의 조합에 따른 각 허용듀티를 구하여 저장하는 과정은 각 부분영역별로 별도로 수행함으로써, 전체적인 엔진 운전 가능 영역에 대한 듀티제한맵이 형성될 수 있다.

한편, 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 엔진의 EGR 제어방법은, 컨트롤러가 엔진의 배기온도와 냉각수온도를 입력 받는 온도입력단계(S110)와; 상기 컨트롤러가 상기 방법에 따라 형성된 듀티제한맵으로부터 상기 입력 받은 배기온도와 냉각수온도에 따른 허용듀티를 산출하는 허용듀티확정단계(S120)와; 상기 컨트롤러가 상기 허용듀티 이내의 범위에서 EGR밸브 구동모터를 제어하고, 이를 초과하는 듀티는 상기 구동모터에 인가하지 않고 금지하는 모터제어단계(S130)를 포함하여 구성된다.

예컨대, 상기 컨트롤러가 상기 온도입력단계(S110)를 통해 입력 받은 배기온도가 700℃이고 냉각수온도가 90℃인 경우, 상기 컨트롤러는 도 4와 같은 듀티제한맵으로부터 42%를 허용듀티로 산출하게 되고, 상기 컨트롤러는 이 허용듀티 범위의 내에서만 상기 구동모터에 듀티를 인가하여, 모터의 과열 및 내구성 저하를 방지하도록 하는 것이다.

물론, 상기 컨트롤러는 일정한 시간마다 상기 냉각수온도와 배기온도를 새로 읽어서 변화된 온도 상황에 따른 새로운 허용듀티를 산출하고, 그에 따라 구동모터의 듀티를 제한할 수 있도록 반복적으로 상기 과정을 수행하도록 구성되는 것이 바람직할 것이며, 도 5는 이와 같은 상황을 설명한 것이다.

한편, 상기 컨트롤러는 EGR밸브 개도량과 VGT 개도량에 의해 EGR밸브 전후단 차압을 추정하고, 추정된 차압을 극복하면서 EGR밸브를 구동하는 데에 필요한 상기 구동모터의 요구듀티를 산출하여, 상기 요구듀티가 상기 허용듀티 이하의 경우에는 상기 요구듀티에 따라 상기 EGR밸브 구동모터를 제어하도록 할 수 있다.

즉, 상기 컨트롤러는 별도의 EGR밸브 개도량과 VGT개도량에 따른 EGR밸브 전후단 차압의 모델이나 맵을 구비하고, 이를 통해 현재의 EGR밸브 개도량과 VGT개도량에 따른 EGR밸브 전후단 차압을 추정하고, 이 EGR밸브 전후단 차압에 따른 요구듀티도 별도로 구비해 둔 모델이나 맵을 이용하여 산출하여, 산출된 요구듀티를 상기 허용듀티와 비교하여, 상기 허용듀티 내에서는 요구듀티에 따라 상기 EGR밸브 구동모터를 제어할 수 있도록 하는 것이다.

한편, 상기 EGR밸브 전후단 차압에 따른 요구듀티가 상기 허용듀티를 초과하는 경우에는 상기 컨트롤러는 상기 허용듀티에 따라 상기 EGR밸브 구동모터를 제어하도록 함으로써, 구동모터의 내구성을 확보할 수 있도록 한다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; EGR라인
3; EGR쿨러
5; EGR밸브
7; VGT
9; 구동모터
11; 액츄에이터
13; 컨트롤러
E; 엔진
S10; 모터온도추정단계
S20; 전류획득단계
S30; 듀티환산단계
S40; 저장단계
S110; 온도입력단계
S120; 허용듀티확정단계
S130; 모터제어단계

Claims (5)

1. 엔진의 배기온도와 냉각수온도에 따라 EGR밸브 구동모터의 온도를 추정하는 온도모델을 이용하여, 배기온도와 냉각수온도의 조합에 대한 상기 구동모터의 온도를 추정하는 모터온도추정단계와;
   상기 구동모터의 온도에 따른 허용유지전류의 관계로부터 상기 추정된 모터온도에 대한 허용유지전류를 획득하는 전류획득단계와;
   상기 구동모터의 온도에 따른 허용유지전류를 허용듀티로 환산하는 듀티환산단계와;
   상기 듀티환산단계에서 얻어진 허용듀티를 상기 배기온도와 냉각수온도의 조합에 대한 허용듀티로 저장하여 듀티제한맵을 형성하는 저장단계;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 EGR 제어를 위한 듀티제한맵 형성방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 배기온도와 냉각수온도의 조합은, 엔진의 운전 가능 영역을 다수의 서로 인접한 부분영역으로 나누고, 각 조합이 나누어진 각 부분영역을 대표하도록 설정되는 것
   을 특징으로 하는 엔진의 EGR 제어를 위한 듀티제한맵 형성방법.
3. 컨트롤러가 엔진의 배기온도와 냉각수온도를 입력 받는 온도입력단계와;
   상기 컨트롤러가 상기 청구항 1 또는 2의 어느 한 항에 따라 형성된 듀티제한맵으로부터 상기 입력 받은 배기온도와 냉각수온도에 따른 허용듀티를 산출하는 허용듀티확정단계와;
   상기 컨트롤러가 상기 허용듀티 이내의 범위에서 EGR밸브 구동모터를 제어하고, 이를 초과하는 듀티는 상기 구동모터에 인가하지 않고 금지하는 모터제어단계;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 EGR 제어방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 컨트롤러는 EGR밸브 개도량과 VGT 개도량에 의해 EGR밸브 전후단 차압을 추정하고, 추정된 차압을 극복하면서 EGR밸브를 구동하는 데에 필요한 상기 구동모터의 요구듀티를 산출하여, 상기 요구듀티가 상기 허용듀티 이하의 경우에는 상기 요구듀티에 따라 상기 EGR밸브 구동모터를 제어하는 것
   을 특징으로 하는 엔진의 EGR 제어방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 컨트롤러는 상기 EGR밸브 전후단 차압에 따른 요구듀티가 상기 허용듀티를 초과하는 경우에는 상기 허용듀티에 따라 상기 EGR밸브 구동모터를 제어하는 것
   을 특징으로 하는 엔진의 EGR 제어방법.
   

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