KR20190127093A - 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시동 후 운행거리가 증가함에 따라 실제 배출되는 질소산화물을 예측하여 누적된 질소산화물을 기준값과 비교하여 엔진의 연소를 제어함으로써 질소산화물의 배출이 저감되도록 한 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법은, 엔진(10)이 시동되거나(S10) 키 온(ON)이 되면, 질소산화물 배출량(NOx_mass)과 차량의 운행거리를 각각 0으로 셋팅하는 초기 리셋 단계(S20)와, 상기 엔진(10)의 연소압으로부터 연소온도와 질소산화물의 농도를 산출하여 상기 엔진(10)으로부터 배출되는 질소산화물의 배출량을 획득하는 질소산화물 배출량 획득 단계(S100)와, 상기 엔진(10)으로부터 배출되는 질소산화물의 배출량을 누적하고 차량의 운행거리를 누적하여, 운행거리에 따른 EGR비율 또는 상기 엔진의 실린더로 유입되는 산소의 농도 중 어느 하나의 보정값을 획득하는 보정값 획득 단계(S200)와, 초기 EGR비율 또는 초기 흡기매니폴드의 산소농도에 상기 보정값 획득 단계(S200)에서 획득된 보정값을 적용하여 최종 EGR 밸브 제어값(EGR valve Final)을 구하고, 상기 최종 EGR 밸브 제어값(EGR valve Final)으로 상기 EGR 밸브(33)를 제어하는 EGR 보정 제어 단계(S300)를 포함한다.

Description

운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법{METHOD OF NITROGEN OXIDE IN ENGINE REFLECTING TRAVEL DISTANCE}
본 발명은 차량에서 배출되는 질소산화물(NOx)를 저감시키기 위한 질소산화물 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시동 후 운행거리가 증가함에 따라 실제 배출되는 질소산화물을 예측하여 누적된 질소산화물을 기준값과 비교하여 엔진의 연소를 제어함으로써 질소산화물의 배출이 저감되도록 한 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법에 관한 것이다.
종래의 엔진에서는 상기 엔진으로부터 배출되는 질소산화물을 예측하지 못한 상태에서 상기 엔진을 개발하고 양산한다.
그러나, 점점 강화되는 배기가스 규제는 다양한 운전 조건 및 환경 조건에서 상기 질소산화물(NOx)의 배출량을 측정하여, 규제 조건을 만족하는지를 판단한다.
이러한 배기가스 규제를 충족하기 위하여, 최근에는 SCR(Selective Catalytic Reduction)이나 LNT(Lean NOx Trap)와 같은 후처리 장치를 장착의 증가되고 있는 추세이다.
하지만, 엔진에서 배출되는 질소산화물은 엔진간 편차, 환경적 요인, 부품 열화 등에 의해 상기 엔진으로부터 배출되는 질소산화물의 배출량에 편차가 발생하거나, 예측된 베출량을 넘어서 배출되고, 이는 최종적으로 차량으로부터 배출되는 질소산화물에도 영향을 미쳐 상기 배기가스 기존을 충족하지 못하는 원인이 될 수 있다.
이와 같이, 상기 엔진으로부터 배출되는 질소산화물의 배출량에 편차가 발생하거나 예측된 범위를 벗어나면, 상기 SCR이나 상기 LNT와 같은 후처리 장치가 성능을 제대로 발휘하지 못하거나, 연비가 저하되는 문제점이 있다. 예컨대, 상기 SCR은 상기 질소산화물의 배출이 증가하면, 상기 질소산화물의 정화효율이 저하되고, 이를 만회하기 위하여 우레아 분사량이 증가하게 된다. 상기 우레이 분사량의 증가는 상기 우레아의 보충 주기를 단축시키게 된다. 상기 LNT는 상기 질소산화물의 배출이 증가하면, 흡장된 질소산화물을 환원하기 위해 재생주기가 단축되므로, 잦은 재생으로 인하여 연비가 저하되는 문제점이 있다.
한편, 하기의 선행기술문헌에는 '내연 기관의 상태량 추정 장치, 내연 기관의 제어 장치 및 내연 기관의 상태량 추정 방법'에 관한 기술이 개시되어 있다.
JP 2007-127004 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 시동후 운행거리가 증가하면, 엔진의 연소 상태에서 따라 배출되는 질소산화물의 배출량의 누적량의 계산하고, 이를 기준값과 비교하여 엔진의 연소를 제어함으로써, 상기 질소산화물의 배출량을 운행거리에 따라 제어할 수 있는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법은, 엔진이 시동되거나 키 (ON)이 되면, 질소산화물 배출량과 차량의 운행거리를 각각 0으로 셋팅하는 초기 리셋 단계와, 상기 엔진의 연소압으로부터 연소온도와 질소산화물의 농도를 산출하여 상기 엔진으로부터 배출되는 질소산화물의 배출량을 획득하는 질소산화물 배출량 획득 단계와, 상기 엔진으로부터 배출되는 질소산화물의 배출량을 누적하고 차량의 운행거리를 누적하여, 운행거리에 따른 EGR비율 또는 상기 엔진의 실린더로 유입되는 산소의 농도 중 어느 하나의 보정값을 획득하는 보정값 획득 단계와, 초기 EGR비율 또는 초기 흡기매니폴드의 산소농도에 상기 보정값 획득 단계에서 획득된 보정값을 적용하여 최종 EGR 밸브 제어값을 구하고, 상기 최종 EGR 밸브 제어값으로 상기 EGR 밸브를 제어하는 EGR 보정 제어 단계를 포함한다.
상기 질소산화물 배출량 획득 단계, 상기 보정값 획득 단계 및 상기 EGR 보정 제어 단계는 상기 초기 리셋 단계가 수행된 이후에 상기 엔진의 정지시 또는 키 오프(Off)까지 동시에 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 질소산화물 배출량 획득 단계는, 상기 엔진의 각 실린더에 각각 설치된 연소압 센서로부터 ECU로 출력되는 연소압을 실시간으로 취합하는 연소압 측정 단계와, 상기 실린더 내에서 연소 개시 시점의 연소압, 최대 연소압, 산소농도, 공연비를 토대로 상기 실린더내에서 최대로 상승한 연소온도인 연소 최고 온도를 산출하는 연소 최고 온도 산출 단계와, 상기 연소 최고 온도, 상기 실린더의 산소 농도, 연료분사시기, 레일압, 및 파일럿 분사량을 토대로 상기 실린더로부터 배출되는 질소산화물의 농도를 산출하는 질소산화물 농도 산출 단계와, 상기 질소산화물 농도 산출 단계에서 구한 질소산화물의 농도와 공기량, 엔진부하를 토대로 상기 실린더로부터 배출되는 질소산화물의 배출량을 계산하는 질소산화물 실시간 질소산화물 배출량 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 질소산화물 농도 산출 단계에서는 zeldovich mechanism을 기반으로 하여, 상기 각 실린더로부터 배출되는 질소산화물의 농도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
질소산화물 실시간 질소산화물 배출량 산출 단계가 수행된 이후에는 상기 엔진의 작동 여부를 판단하는 엔진 작동 판단 단계를 더 포함하고, 상기 엔진이 작동하고 있으면, 상기 연소압 측정 단계로 리턴되는 것을 특징으로 한다.
상기 엔진 작동 판단 단계에서 상기 엔진이 작동하고 있지 않으면, 종료되는 것을 특징으로 한다.
상기 보정값 획득 단계는, 상기 차량의 운행거리에 따라 상기 엔진의 EGR 비율 또는 흡기매니폴드의 산소농도를 보정해야 하는 보정 제어 영역에서 상기 엔진이 작동 중인지를 판단하는 보정 제어 영역 만족 판단 단계와, 상기 엔진이 보정 제어 영역에서 운전 중이면, 상기 엔진에서 배출되는 질소산화물의 배출량과 상기 차량의 운행거리를 누적하기 시작하는 보정 제어 진입 단계와, 상기 차량의 운행거리에 따른 누적된 질소산화물의 배출량인 목표 누적 질소산화물 배출량을 산출하는 목표 질소산화물 배출량 산출 단계와, 상기 차량의 운행에 따라 배출된 질소산화물을 누적한 값과과 상기 목표 누적 질소산화물 배출량과 비율을 산출하는 목표 비율 산출 단계와, 상기 차량의 운행거리가 상기 EGR 비율 또는 상기 흡기매니폴드의 산소 농도의 보정값을 적용하기로 미리 설정된 보정값 적용 기준값보다 큰 지를 판단하는 보정 적용 판단 단계와, 상기 차량의 운행거리가 상기 보정값 적용 기준값보다 크면, 상기 EGR 비율의 보정값 또는 상기 흡기매니폴드의 산소농도 보정값을 산출하는 보정값 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 보정값 산출단계에서는 상기 목표 대비 비율에 따라 서로 다른 보정맵으로부터 상기 EGR 비율의 보정값 또는 상기 흡기매니폴드의 산소 농도의 보정값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 보정 제어 영역 만족 판단 단계는, 상기 엔진의 외부 환경 조건이 미리 설정된 보정 제어 범위를 만족하는 지를 판단하는 환경 조건 만족 판단 단계와, 상기 엔진이 운전되는 조건이 미리 설정된 보정 제어 범위를 만족하는 지를 판단하는 운전 조건 만족 판단 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 환경 조건 만족 판단 단계는, 상기 엔진으로 유입되는 공기의 흡기온, 상기 엔진으로 유입되는 공기의 대기압 및 상기 엔진의 냉각수의 온도가 모두 미리 설정된 보정 제어 범위를 만족하는 지를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 환경 조건 만족 판단 단계에서, 상기 엔진으로 유입되는 공기의 흡기온, 상기 엔진으로 유입되는 공기의 대기압 및 상기 엔진의 냉각수의 온도 중 어느 하나라도 미리 설정된 보정 제어 범위를 만족하지 않으면, 상기 보정 제어 영역 만족 판단 단계가 재수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 운전 조건 만족 판단 단계는, 상기 차량의 속도와, 상기 차량의 가속도가 미리 설정된 보정 제어 범위를 만족하는 지를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 운전 조건 만족 판단 단계에서, 상기 차량의 속도와, 상기 차량의 가속도 중 적어도 어느 하나가 미리 설정된 보정 제어 범위를 만족하지 않으면, 상기 보정 제어 영역 만족 판단 단계가 재수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 보정 적용 판단 단계에서, 상기 차량의 운행거리가 상기 보정값 적용 기준값보다 크지 않으면, 상기 EGR 비율 또는 상기 흡기매니폴드의 산소 농도의 보정값을 적용하지 않는 보정값 미적용 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 보정값 산출단계 또는 상기 보정값 미적용 단계가 수행된 이후에는 상기 엔진의 작동 여부를 판단하는 엔진 작동 판단 단계를 더 포함하고, 상기 엔진이 작동하고 있으면, 상기 보정 제어 영역 만족 판단 단계로 리턴되는 것을 특징으로 한다.
상기 엔진 작동 판단 단계에서 상기 엔진이 작동하고 있지 않으면, 종료되는 것을 특징으로 한다.
상기 환경 조건 만족 판단 단계와 상기 운전 조건 만족 판단 단계는, 상기 운전 조건 만족 판단 단계가 수행된 후에 상기 환경 조건 만족 판단 단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 EGR 보정 제어 단계는, 상기 엔진의 운전영역에 따라 상기 EGR 밸브의 초기 제어값인 초기 EGR 목표값 또는 초기의 상기 흡기매니폴드 내의 산소농도인 초기 흡기매니폴드 목표 산소농도를 설정하는 초기 엔진 제어 조건 설정 단계와, 상기 초기 EGR 목표값에 상기 보정값 획득 단계에서 획득한 상기 EGR 비율의 보정값을 더하여 상기 초기 EGR 목표값이 보정된 보정 EGR 목표값을 획득하거나. 상기 초기 흡기매니폴드 목표 산소농도에 상기 보정값 획득 단계에서 획득한 상기 흡기매니폴드의 산소농도 보정값을 더하여 상기 초기 흡기매니폴드 목표 산소농도가 보정된 보정 흡기매니폴드 목표 산소농도를 획득하는 보정 엔진 제어 조건 설정 단계와, 상기 보정 EGR 목표값과 실제 EGR 비율의 차이인 EGR 편차 또는 상기 보정 흡기매니폴드 산소농도와 실제 흡기매니폴드 산소농도의 차이인 산소농도 편차를 구하는 엔진 운전 편차 계산 단계와, 상기 EGR 편차 또는 상기 산소농도 편차를 반영한 상기 EGR 밸브의 제어량을 산출하여 상기 EGR 밸브의 제어를 개시하는 EGR 밸브 제어 개시 단계와, 상기 EGR 밸브 제어 개시 단계에서 산출된 상기 EGR 밸브의 제어량에 상기 엔진의 현재 운전영역에 따라 설정된 EGR 밸브의 개도량을 더하여, 상기 EGR 밸브의 최종 제어량인 상기 최종 EGR 밸브 제어값으로 산출하는 최종 EGR 밸브 제어값 산출 단계와, 상기 최종 EGR 밸브 제어값으로 상기 EGR 밸브의 개도를 제어하는 EGR 밸브 개도 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 EGR 밸브 제어 개시 단계는, PID 제어로 폐루프 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 EGR 밸브 제어 개시 단계는, 상기 EGR 편차 또는 상기 산소농도 편차에 따른 실제 산소량의 편차에 따라 제어값이 결정되는 것을 특징으로 한다.
상기 EGR 밸브 개도 제어 단계가 수행된 이후에는 상기 엔진의 작동 여부를 판단하는 엔진 작동 판단 단계를 더 포함하고, 상기 엔진이 작동하고 있으면, 상기 초기 엔진 제어 조건 설정 단계로 리턴되는 것을 특징으로 한다.
상기 엔진 작동 판단 단계에서 상기 엔진이 작동하고 있지 않으면, 종료되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법에 따르면, 운행거리의 증가에 따라 실시간으로 엔진으로부터 배출되는 질소산화물의 배출량을 제어할 수 있다.
이에 따라, 상기 엔진의 개발환경과 실제 차량 주행조건 차이에서 발생하는 질소산화물의 배출량 편차를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법이 적용되는 엔진의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법을 도시한 순서도.
도 3은 도 2의 S100을 상세히 도시한 순서도.
도 4는 도 2의 S200을 상세히 도시한 순서도.
도 5는 도 2의 S300을 상세히 도시한 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진(10)이 시동되면(S10), 질소산화물 배출량(NOx_mass)과 차량의 운행거리를 각각 0으로 셋팅하는 초기 리셋 단계(S20)와, 상기 엔진(10)의 연소압으로부터 연소온도와 질소산화물의 농도를 산출하여 상기 엔진(10)으로부터 배출되는 질소산화물의 배출량을 획득하는 질소산화물 배출량 획득 단계(S100)와, 상기 엔진(10)으로부터 배출되는 질소산화물의 배출량을 누적하고 차량의 운행거리를 누적하여, 운행거리에 따른 EGR비율 또는 상기 엔진의 실린더로 유입되는 산소의 농도 중 어느 하나의 보정값을 획득하는 보정값 획득 단계(S200)와, 초기 EGR비율 또는 초기 흡기매니폴드의 산소농도에 상기 보정값 획득 단계(S200)에서 획득된 보정값을 적용하여 최종 EGR 밸브 제어값(EGR valve Final)을 구하고, 상기 최종 EGR 밸브 제어값(EGR valve Final)으로 상기 EGR 밸브(33)를 제어하는 EGR 보정 제어 단계(S300)를 포함한다.
도 1에는 본 발명에 따른 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법이 수행되는 엔진 시스템이 도시되어 있는 바, 이를 먼저 살펴보면 다음과 같다.
엔진(10)는 복수의 실린더(11)를 포함하고 있고, 각 실린더(11)는 상기 실린더(11) 내부의 연소압력을 측정할 수 있는 연소압 센서(12)가 설치된다. 상기 연소압 센서(12)는 글로우 플러그 일체형으로 설치되거나, 독립된 상태로 설치될 수 있다.
흡기라인(21)을 통하여 유입된 공기는 흡기매니폴드(15)를 통하여 상기 각 실린더(11)의 내부로 공급되고, 상기 실린더(11)의 내부에서 연소된 후, 배기매니폴드(16)를 거쳐 배기라인(22)을 통하여 배출된다. 상기 배기라인(22)과 상기 흡기라인(21)에는 각각 터보차저(31)의 터빈(31a)과 컴프레서(31b)가 설치되고, 상기 흡기라인(21)에는 엔진으로 흡기되는 공기를 냉각시키는 인터쿨러(32)가 설치된다. 상기 배기라인(22)에는 배기가스에 포함된 유해물질을 정화하기 위한 후처리 장치(41)가 설치된다. 상기 후처리 장치(41)는 적어도 하나 이상으로 설치되어, 상기 배기가스에 포함된 유해물질을 정화한다. 또한, 상기 배기라인(22)과 상기 흡기라인(21)을 연결하도록 EGR라인(23)이 설치되고, 상기 EGR라인(23)에는 재순환되는 EGR가스의 양을 조절하는 EGR 밸브(33)가 설치된다.
상기 연소압 센서(12)로부터 측정된 각 실린더(11)의 연소압은 실시간으로 ECU(50)로 전송된다. 상기 ECU(50)는 상기 연소압 센서(12)뿐만 아니라. 기존의 각종 센서 및 상기 엔진(10)의 연소를 위해 제어하는 값들을 이용하여, 후술되는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법에 대한 알고리즘이 저장되어 있어, 이를 실질적으로 수행하게 된다.
상기 ECU(50)는 운행거리에 따라 실시간으로 연소압과 각종 제어조건을 이용하여, 상기 엔진(10)에서 발생되는 질소산화물(NOx)의 배출량을 예측하고, 상기 EGR 밸브(33)를 제어하여, 상기 질소산화물이 정해진 범위 이내로만 배출되도록 제어한다.
상기 ECU(50)는 메모리(51)와 연결되거나, 상기 ECU(50)의 내부에 메모리(51)가 구비되어, 상기 누적되는 질소산화물의 배출량을 저장하거나, 차량의 운행거리 등과 같은 다른 값을 저장하는데 활용된다.
초기 리셋 단계(S20)는 질소산화물(NOx)의 배출량과 차량의 운행거리를 각각 초기화한다. 엔진(10)이 시동되면(S10), 상기 ECU(50)는 상기 질소산화물의 배출량(NOx_mass)을 0으로 셋팅하고, 상기 차량의 운행거리도 0으로 셋팅한다.
한편, 상기 초기 리셋(S20)는 상기 엔진(10)의 시동시 수행될 수도 있지만, 키 온(ON)시 수행될 수도 있다.
질소산화물 배출량 획득 단계(S100)는 상기 ECU(50)가 연소압 센서(12)로 출력된 상기 엔진(10)의 각 실린더(11)의 연소압을 이용하여, 상기 각 실린더(11) 내부의 연소온도, 질소산화물의 온도를 산출하여, 상기 엔진(10)으로부터 배출되는 질소산화물의 배출량(NOx_mass)을 획득한다. 획득된 상기 질소산화물의 배출량(NOx_mass)은 실시간으로 저장된다.
보정값 획득 단계(S200)는, 상기 엔진(10)으로부터 배출되는 상기 질소산화물의 배출량(NOx_mass)을 누적하고 차량의 운행거리를 누적하여, 운행거리에 따른 EGR비율 또는 상기 엔진의 실린더로 유입되는 산소의 농도 중 어느 하나의 보정값을 획득한다. 상기 보정값 획득 단계(S200)에서는 상기 엔진(10)의 흡기를 제어하기 위해 EGR 비율의 보정값(EGR_cor) 또는 상기 흡기매니폴드의 산소농도의 보정값(Inmani-O_cor)을 산출한다. 상기 보정값 획득 단계(S200)에서는 상기 엔진(10)으로부터 배출되는 질소산화물(Nox)의 배출량과 예측량의 편차는 상기 차량의 운행거리가 증가함에 따라 증가하는데, 상기 편차가 감소되도록 상기 EGR 비율의 보정값(EGR_cor) 또는 상기 흡기매니폴드의 산소농도의 보정값(Inmani-O_cor)을 산출하여, 이를 제어에 이용하도록 한다.
상기 EGR 보정 제어 단계(S300)는 초기 설정된 초기 EGR 목표값(EGR_des) 또는 초기 흡기매니폴드의 산소농도(Inmani-O_des)에 상기 보정값 획득 단계(S200)에서 구한 보정값을 적용하여, 실제 상기 EGR 밸브(33)를 제어할 최종 EGR 밸브 제어값(EGR valve Final)을 구하고, 상기 최종 EGR 밸브 제어값(EGR valve Final)으로 상기 EGR 밸브(33)를 제어한다.
상기 질소산화물 배출량 획득 단계(S100), 상기 보정값 획득 단계(S200) 및 상기 EGR 보정 제어 단계(S300)는 상기 초기 리셋 단계(S20)가 수행된 이후에 상기 엔진(10)의 정지시 또는 키 오프(OFF)까지 동시에 수행된다.
상기 질소산화물 배출량 획득 단계(S100)에서 실시간으로 획득되는 질소산화물의 배출량은 상기 보정값 획득 단계(S200)에서 누적되면서, 상기 보정값 획득 단계(S200)에서 EGR 비율 또는 흡기매니폴드의 산소농도를 보정하는데 사용된다. 또한, 상기 보정값 획득 단계(S200)에서 구한 EGR 비율의 보정값(EGR_cor) 또는 흡기매니폴드 산소농도의 보정값(Inmani-O_cor)은 상기 EGR 보정 제어 단계(S300)에서 상기 최종 EGR 밸브 제어값(EGR valve Final)을 구하는데 사용된다.
이하에서는 상기 질소산화물 배출량 획득 단계(S100), 상기 보정값 획득 단계(S200) 및 상기 EGR 보정 제어 단계(S300)에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 질소산화물 배출량 획득 단계(S100)는, 상기 엔진(10)의 각 실린더(11)에 각각 설치된 연소압 센서(12)로부터 ECU(50)로 출력되는 연소압을 실시간으로 취합하는 연소압 측정 단계(S110)와, 상기 실린더(11) 내에서 연소 개시 시점의 연소압(Psoc), 최대 연소압(Pmax), 산소농도, 공연비(AF)를 토대로 상기 실린더(11)내에서 최대로 상승한 연소온도인 연소 최고 온도(Temp)를 산출하는 연소 최고 온도 산출 단계(S120)와, 상기 연소 최고 온도(Temp), 상기 실린더(11)의 산소 농도, 연료분사시기(SOI), 레일압(RAIL), 및 파일럿 분사량(Pilot)을 토대로 상기 실린더(11)로부터 배출되는 질소산화물의 농도를 산출하는 질소산화물 농도 산출 단계(S130)와, 상기 질소산화물 농도 산출 단계(S130)에서 구한 질소산화물의 농도와 공기량, 엔진부하를 토대로 상기 실린더(11)로부터 배출되는 질소산화물의 배출량(NOx_mass)을 계산하는 질소산화물 실시간 질소산화물 배출량 산출 단계(S230)를 포함한다.
연소압 측정 단계(S110)는 상기 엔진(10)의 각 실린더(11)마다 설치된 연소압 센서(12)로 상기 각 실린더(11) 내의 연소압을 측정하고, 이를 상기 ECU(50)로 출력한다. 상기 연소압 센서(12)로부터 측정되는 각 실린더(11)내의 연소압을 실시간으로 계속 측정되면서, 이는 상기 메모리(51)에 취합한다.
연소 최고 온도 산출 단계(S120)는 상기 ECU(50)가 상기 실린더(11) 내의 연소 최고 온도(Temp)를 산출한다. 상기 ECU(50)는 연소 개시 시점의 연소압(Psoc), 최대 연소압(Pmax), 상기 실린더(11) 내의 산소농도, 및 공연비(AF)를 토대로 상기 실린더(11)에서 최대로 상승한 연소온도인 연소 최고 온도(Temp)를 산출한다. 상기 연소 최고 온도(Temp)는 상기 연소 개시 시점의 연소압(Psoc), 상기 최대 연소압(Pmax), 상기 실린더(11) 내의 산소농도, 및 상기 공연비(AF)에 따라 결정되는 것으로서 맵의 형태 등으로 상기 ECU(50)에 저장될 수 있고, 상기 ECU(50)는 입력되는 조건으로 상기 연소 최고 온도(Temp)를 산출할 수 있다.
질소산화물 농도 산출 단계(S130)는 상기 연소 최고 온도(Temp), 상기 실린더(11)의 산소 농도, 연료분사시기(SOI), 레일압(RAIL), 및 파일럿 분사량(Pilot)를 토대로, 상기 각 실린더(11)에서 생성되는 질소산화물의 농도를 산출한다. 상기 ECU(50)는 상기 연소 최고 온도 산출 단계(S120)에서 구한 상기 연소 최고 온도(Temp)와, 상기 ECU(50)에 상기 엔진(10)의 연소를 위해 사용한 제어조건, 예컨대, 상기 연료분사시기(SOI), 상기 레일압(RAIL), 및 상기 파일럿 분사량(Pilot) 등을 이용하여 상기 각 실린더(11)의 질소산화물의 농도를 산출한다.
이때, Zeldovich mechanism을 이용하여 질소산화물의 농도를 산출할 수 있다.
상기 Zeldovich mechanism은 연료의 연소과정에서 발생하는 열에 의해 질소산화물이 발생하는 것을 설명한 것으로서, 아래의 반응식으로 표현될 수 있다.
N2　+ O ↔ NO + N
N + O2　↔ NO + O
N + OH ↔ NO + H
여기서, 질소산화물 농도([NOx])는 상기 연소 최고 온도(Temp), 상기 실린더(11)의 산소 농도, 상기 연료분사시기(SOI), 상기 레일압(RAIL), 및 상기 파일럿 분사량(Pilot)에 의해 결정되는 것으로서 맵의 형태 등으로 상기 ECU(50)에 저장될 수 있고, 상기 ECU(50)는 입력되는 조건으로 상기 질소산화물의 농도([NOx])를 산출할 수 있다.
실시간 질소산화물 배출량 산출 단계(S140)는 상기 질소산화물 농도 산출 단계(S130)에서 구한 질소산화물의 농도와 공기량, 엔진부하를 토대로 상기 실린더(11)로부터 배출되는 질소산화물의 배출량(NOx_mass)을 계산한다. 여기서, 상기 엔진부하는 상기 엔진부하로 운전되기 위해 분사되는 전체 연료량(Q)으로 대체될 수 있다.
상기 질소산화물 배출량(NOx_mass)은 상기 질소산화물 농도와 상기 공기량, 상기 엔진부하(Q)에 의해 결정되는 것으로서, 맵의 형태 등으로 상기 ECU(50)에 저장될 수 있고, 상기 ECU(50)는 입력되는 값에 따라 상기 질소산화물 배출량(NOx_mass)을 산출한다.
엔진 작동 판단 단계(S150)는 상기 실시간 질소산화물 배출량 산출 단계(S140)가 수행된 이후에 상기 엔진(10)의 작동 여부를 판단한다.
만약, 상기 엔진 작동 판단 단계(S150)에서 상기 엔진(10)이 작동하고 있으면, 상기 연소압 측정 단계(S110)로 리턴되어 상기 과정이 반복 수행되고, 상기 엔진(10)이 작동하고 있지 않으면, 종료된다(30).
도 4에 도시된 바와 같이, 보정값 획득 단계(S200)는, 상기 차량의 운행거리에 따라 상기 엔진(10)의 EGR 비율 또는 흡기매니폴드의 산소농도를 보정해야 하는 보정 제어 영역에서 상기 엔진(10)이 작동 중인지를 판단하는 보정 제어 영역 만족 판단 단계(S210)와, 상기 엔진(10)이 보정 제어 영역에서 운전 중이면, 상기 엔진(10)에서 배출되는 질소산화물의 배출량과 상기 차량의 운행거리를 누적하기 시작하는 보정 제어 진입 단계(S220)와, 상기 차량의 운행거리에 따른 누적된 질소산화물의 배출량인 목표 누적 질소산화물 배출량(Target_NOx_mass_distance)을 산출하는 목표 질소산화물 배출량 산출 단계(S230)와, 상기 차량의 운행에 따라 배출된 질소산화물을 누적한 값(NOx_mass_acc)과과 상기 목표 누적 질소산화물 배출량(Target_NOx_mass_distance)과 비율(NOx_ratio)을 산출하는 목표 비율 산출 단계(S240)와, 상기 차량의 운행거리가 상기 EGR 비율 또는 상기 흡기매니폴드의 산소 농도의 보정값을 적용하기로 미리 설정된 보정값 적용 기준값보다 큰 지를 판단하는 보정 적용 판단 단계(S250)와, 상기 차량의 운행거리가 상기 보정값 적용 기준값보다 크면, 상기 EGR 비율의 보정값(EGR_cor) 또는 상기 흡기매니폴드의 산소농도 보정값(Inmani-O_cor)을 산출하는 보정값 산출 단계(S260)를 포함한다.
보정 제어 영역 만족 판단 단계(S210)는 상기 운행거리에 따라 상기 엔진(10)의 제어조건을 보정해야 하는 보정 제어 영역에서 상기 엔진(10)이 작동 중인지를 판단한다.
상기 엔진(10)의 제어조건은 EGR 비율 또는 상기 흡기매니폴드(15)에서 상기 실린더(11)로 유입되는 공기의 산소농도가 될 수 있다.
상기 보정 제어 영역 만족 판단 단계(S210)에서 상기 엔진(10)이 상기 보정 제어 영역에서 운전중이면, 후술되는 보정 제어 진입 단계(S220)가 수행된다. 만약, 상기 엔진(10)이 상기 보정 제어 영역 외에서 운전중이면, 상기 보정 제어 영역 만족 판단 단계(S210)가 반복 수행된다.
상기 보정 제어 영역 만족 판단 단계(S210)는 상기 엔진(10)의 외부 환경 조건이 미리 설정된 보정 제어 범위를 만족하는 지를 판단하는 환경 조건 만족 판단 단계(S211)와, 상기 엔진(10)이 운전되는 조건이 미리 설정된 보정 제어 범위를 만족하는 지를 판단하는 운전 조건 만족 판단 단계(S212)를 포함한다.
상기 환경 조건 만족 판단 단계(S211)는 상기 엔진(10)으로 유입되는 공기의 흡기온, 상기 엔진(10)으로 유입되는 공기의 대기압 및 상기 엔진(10)의 냉각수의 온도가 모두 미리 설정된 보정 제어 범위를 만족하는 지를 판단한다. 상기 환경 조건 만족 판단 단계(S211)에서 상기 흡기온, 상기 대기압 및 상기 냉각수 온도가 미리 설정된 범위에 있으면, 상기 운전 조건 만족 판단 단계(S212)가 수행된다. 만약, 상기 3가지 중 어느 하나라도 미리 설정된 범위에 있지 않으면, 다시 환경 조건 만족 판단 단계(S211)가 수행된다.
상기 운전 조건 만족 판단 단계(S212)는 상기 차량의 속도와, 상기 차량의 가속도가 미리 설정된 보정 제어 범위를 만족하는 지를 판단한다. 상기 운전 조건 만족 판단 단계(S212)에서 상기 차량의 속도와 가속도가 모두 가 미리 설정된 범위에 있으면, 후술되는 보정 제어 진입 단계(S220)가 수행된다. 만약, 상기 속도 또는 가속도 중 어느 하나라도 미리 설정된 범위에 있지 않으면 반복해서 상기 환경 조건 만족 판단 단계(S211)로 리턴된다.
한편, 상기 환경 조건 만족 판단 단계(S211)와 상기 운전 조건 만족 판단 단계(S212)는 그 수행순서가 바뀌어 수행될 수도 있다. 즉, 상기 운전 조건 만족 판단 단계(S212)가 수행된 후, 상기 환경 조건 만족 판단 단계(S211)가 수행될 수 있다.
이는 보정 제어 영역 만족 판단 단계(S210)가 상기 외부 환경 조건과 상기 엔진(10)이 운전되는 조건이 미리 설정된 조건을 모두 만족하는 것인지를 판단하는 단계이므로, 2가지 조건이 모두 만족하는 경우에만 후술되는 보정 제어 진입 단계(S220)가 수행되도록 하기 위함이므로, 그 순서가 바뀌어 수행될 수 있다.
보정 제어 진입 단계(S220)는 상기 보정 제어 영역 만족 판단 단계(S210)에서 상기 엔진(10)이 상기 보정 제어 영역에서 운전중일 때, 수행된다. 상기 보정 제어 진입 단계(S220)는 상기 질소산화물의 배출량을 누적하기 시작함과 더불어, 상기 차량의 운행거리도 누적하기 시작한다.
상기 보정 제어 진입 단계(S220)에서 누적되는 질소산화물의 배출량과 상기 차량의 운행거리는 상기 초기 리셋 단계 이후에 수행되는 것인 바, 상기 엔진(10)이 시동된 이후의 질소산화물의 배출량(NOx_mass)과 상기 운행거리가 누적된다.
목표 질소산화물 배출량 산출 단계(S230)는 상기 차량의 운행거리가 누적됨에 따라 예측되는 질소산화물의 누적된 배출량인 목표 누적 질소산화물 배출량(Target_NOx_mass_distance)을 산출한다. 이는 운행거리가 증가함에 따라 증가되고, 상기 ECU(50)에 맵 등으로 미리 저장되어 있다.
목표 비율 산출 단계(S240)는 상기 차량의 운행에 따라 배출된 질소산화물을 누적한 값(NOx_mass_acc)과 상기 목표 누적 질소산화물 배출량(Target_NOx_mass_distance)과 비율(NOx_ratio)을 산출한다.
상기 차량의 운행에 따라 배출된 질소산화물을 누적한 값(NOx_mass_acc)은 상기 질소산화물 배출량 획득 단계(S100)에서 구한 질소산화물을 배출량(NOx_mass)을 시동후 운행거리동안 누적한 값으로서, 이를 상기 목표 질소산화물 배출량 산출 단계(S230)에서 구한 목표 누적 질소산화물 배출량(Target_NOx_mass_distance)으로 나누어, 목표 비율(NOx_ratio)을 산출한다.
보정 적용 판단 단계(S250)는 상기 차량의 시동후 운행거리가 상기 엔진(10)의 제어조건을 보정하여 적용하기로 미리 설정된 보정값 적용 기준값보다 큰 지를 판단한다. 상기 엔진(10)의 제어조건을 보정하여 적용한다는 것은 상기 EGR 비율 또는 상기 흡기매니폴드의 산소농도에 대하여 보정된 값을 적용한다는 의미이다.
이를 위해서, 상기 보정 적용 판단 단계(S250)에서는 상기 차량의 시동후 운행거리를 기준값과 비교하여, 상기 운행거리가 상기 기준값보다 크면, 후술되는 보정값 산출단계(S260)가 수행되고, 그렇지 않으면, 후술되는 상기 보정값 미적용 단계(S270)가 수행된다.
보정값 산출 단계(S260)는 상기 보정 적용 판단 단계(S250)에서 차량의 운행거리가 미리 설정된 보정값 적용 기준값과 비교하여, 상기 차량의 운행거리가 큰 경우에 실행되는 것으로서, 상기 엔진(10)의 제어조건, 즉 상기 EGR 비율과 흡기매니폴드의 산소농도를 보정한 보정 EGR 비율(EGR_cor)과 보정 흡기매니폴드 산소농도(Inmani-O_cor)를 산출한다.
상기 보정값 산출단계(S260)에서는 상기 목표 비율 산출 단계(S240)에서 구한 목표 비율(NOx_ratio), 엔진의 회전수(N), 엔진부하에 따라 상기 보정 EGR 비율(EGR_cor)과 보정 흡기매니폴드 산소농도(Inmani-O_cor)를 산출한다.
여기서, 상기 보정 EGR 비율(EGR_cor)과 보정 흡기매니폴드 산소농도(Inmani-O_cor)의 산출시, 상기 ECU(50)에 저장된 맵으로부터 상기 보정 EGR 비율(EGR_cor)과 보정 흡기매니폴드 산소농도(Inmani-O_cor)를 산출하는데, 상기 목표 비율에 따라 다른 맵을 적용하여 상기 보정 EGR 비율(EGR_cor)과 보정 흡기매니폴드 산소농도(Inmani-O_cor)를 산출하는 것을 바람직하다.
상기 EGR 밸브의 개도를 상기 차량의 운행거리를 고려한 값으로 보정하여 제어함으로써, 상기 차량의 운행거리가 증가하더라도, 상기 엔진(10)에서 실제 배출되는 질소산화물의 배출량을 제어함으로써, 후처리 장치의 정화효율이 저하되지 않도록 한다.
보정값 미적용 단계(S270)는 상기 보정 적용 판단 단계(S250)에서 차량의 운행거리가 기준값보다 크지 않은 경우에 수행된다. 상기 보정값 미적용 단계(S270)에서는 상기 보정 EGR 비율(EGR_cor)과 보정 흡기매니폴드 산소농도(Inmani-O_cor)를 모두 0으로 설정한다. 즉, 보정값이 0이므로, 보정을 적용하지 않는다. 상기 보정 EGR 비율(EGR_cor)과 보정 흡기매니폴드 산소농도(Inmani-O_cor)이 0이라는 것은 상기 차량의 운행거리를 고려하지 않아도 되므로, 다른 조건에 의해 결정된 EGR 비율이 되도록 상기 EGR 밸브(33)의 개도를 제어한다.
엔진 작동 판단 단계(S280)는 상기 보정값 산출단계(S260) 또는 상기 보정값 미적용 단계(S270)가 수행된 이후에 상기 엔진(10)의 작동 여부를 판단한다.
만약, 상기 엔진 작동 판단 단계(S280)에서 상기 엔진(10)이 작동하고 있으면, 상기 보정 제어 영역 만족 판단 단계(S210)로 리턴되어 상기 보정 제어 영역 만족 판단 단계(S210) 내지 상기 보정값 산출 단계(S260)가 반복 수행되고, 상기 엔진(10)이 작동하고 있지 않으면, 종료된다(30).
도 5에 EGR 보정 제어 단계(S300)가 도시되어 있다. EGR 보정 제어 단계(S300)는, 상기 엔진(10)의 운전영역에 따라 상기 EGR 밸브(33)의 초기 제어값인 초기 EGR 목표값(EGR_des) 또는 초기의 상기 흡기매니폴드 내의 산소농도인 초기 흡기매니폴드 목표 산소농도(Inmani-O2_des)를 설정하는 초기 엔진 제어 조건 설정 단계(S310)와,
상기 초기 EGR 목표값(EGR_des)에 상기 보정값 획득 단계(S200)에서 획득한 상기 EGR 비율의 보정값(EGR_COR)을 더하여 상기 초기 EGR 목표값(EGR_des)이 보정된 보정 EGR 목표값(EGR_NEW)을 획득하거나. 상기 초기 흡기매니폴드 목표 산소농도(Inmani-O2_des)에 상기 보정값 획득 단계(S200)에서 획득한 상기 흡기매니폴드의 산소농도 보정값(Inmani-O_cor)을 더하여 상기 초기 흡기매니폴드 목표 산소농도(Inmani-O2_des)가 보정된 보정 흡기매니폴드 목표 산소농도(Inmani-O2_NEW)를 획득하는 보정 엔진 제어 조건 설정 단계(S320)와, 상기 보정 EGR 목표값(EGR_NEW)과 실제 EGR 비율(EGR_act)의 차이인 EGR 편차(EGR_DVT) 또는 상기 보정 흡기매니폴드 산소농도(Inmani-O2_NEW)와 실제 흡기매니폴드 산소농도(Inmani-O2_act)의 차이인 산소농도 편차(Inmani-O2_dvt)를 구하는 엔진 운전 편차 계산 단계(S330)와, 상기 EGR 편차(EGR_dvt) 또는 상기 산소농도 편차(Inmani-O2_dvt)를 반영한 상기 EGR 밸브(33)의 제어량을 산출하여 상기 EGR 밸브(33)의 제어를 개시하는 EGR 밸브 제어 개시 단계(S340)와, 상기 EGR 밸브 제어 개시 단계(S340)에서 산출된 상기 EGR 밸브(33)의 제어량에 상기 엔진(10)의 현재 운전영역에 따라 설정된 EGR 밸브의 개도량을 더하여, 상기 EGR 밸브(33)의 최종 제어량인 상기 최종 EGR 밸브 제어값(EGR valve Final)으로 산출하는 최종 EGR 밸브 제어값 산출 단계(S350)와, 상기 최종 EGR 밸브 제어값(EGR valve Final)으로 상기 EGR 밸브(33)의 개도를 제어하는 EGR 밸브 개도 제어 단계(S360)를 포함한다.
초기 엔진 제어 조건 설정 단계(S310)는 차량의 주행상태, 상기 엔진(10)의 운전상태 등을 이용하여, 초기의 엔진 제어조건을 설정한다. 상기 보정값 획득 단계(S200)에서는 상기 엔진(10)의 제어조건을 상기 EGR 비율 또는 상기 흡기매니폴드 내 산소농도를 상기 엔진(10)의 운전ㅇ여역에 따라 초기 EGR 목표값(EGR_des) 또는 초기 흡기매니폴드 목표 산소농도(Inmani-O2_des)를 상기 ECU(50)가 설정한다. 상기 초기 EGR 목표값(EGR_des), 상기 초기 흡기매니폴드 목표 산소농도(Inmani-O2_des)는 상기 엔진(10)의 운전영역에 따르 미리 설정된 맵으로부터 구해질 수 있다.
보정 엔진 제어 조건 설정 단계(S320)는 상기 초기 EGR 목표값(EGR_des) 또는 상기 초기 흡기매니폴드 목표 산소농도(Inmani-O2_des)에 상기 보정값 획득 단계(S200)에서 획득한 보정값을 더하여, 보정된 엔진 제어 조건을 설정한다.
상기 보정값 획득 단계(S200)에서 구한 상기 엔진(10)의 제어 조건의 보정을 위한 보정값, 즉 보정 EGR 비율(EGR_cor)과 보정 흡기매니폴드 산소농도(Inmani-O_cor)을 상기 초기 EGR 목표값(EGR_des)과 상기 초기 흡기매니폴드 목표 산소농도(Inmani-O2_des)에 더하여, 보정된 목표값을 산출한다.
예컨대, 상기 초기 EGR 목표값(EGR_des)에 상기 보정 EGR 비율(EGR_cor)을 더하여 보정 EGR 목표값을 구하고, 상기 초기 흡기매니폴드 목표 산소농도(Inmani-O2_des)에 상기 보정 흡기매니폴드 산소농도(Inmani-O_cor)를 더하여 보정 흡기매니폴드 목표 산소농도(Inmani-O2_NEW)를 구한다.
엔진 운전 편차 계산 단계(S330)는 상기 엔진(10)을 제어하기 위한 조건의 목표값과 실제로측정된 값의 차이를 구한다. 즉, 상기 보정 EGR 목표값(EGR_NEW)과 실제 EGR 비율(EGR_act)의 차이인 EGR 편차(EGR_dvt)를 구하거나, 상기 보정 흡기매니폴드 목표 산소농도(Inmani-O2_NEW)와 실제 흡기매니폴드 산소농도(Inmani-O2_act)의 차이인 산소농도 편차(Inmani-O2_dvt)를 산출한다. 상기 실제 EGR 비율(EGR_act)과 상기 실제 흡기매니폴드 산소농도(Inmani-O2_act)는 상기 ECU(50)가 상기 EGR 밸브(33)의 제어를 위해 사용되는 값 또는 상기 흡기매니폴드에 설치된 센서등에 의해 구할 수 있다.
상기 엔진 운전 편차 계산 단계(S330)에서 구해진 상기 EGR 편차(EGR_dvt)와 상기 산소농도 편차(Inmani-O2_dvt)는 PID 컨트롤에 사용된다.
EGR 밸브 제어 개시 단계(S340)는 상기 EGR 편차(EGR_dvt) 또는 상기 산소농도 편차(Inmani-O2_dvt)에 따라 상기 EGR 밸브(33)의 제어량을 산출하여 상기 EGR 밸브(33)의 제어를 개시한다.
상기 EGR 밸브 제어 개시 단계(S340)는 PID(Proportional Integral Differential) 제어로 폐루프 제어되는 것이 바람직하다. 상기 EGR 밸브 제어 개시 단계(S340)에서 PID 제어를 사용하는 이유는 정밀한 제어를 위함이다.
또한, 상기 EGR 밸브 제어 개시 단계(S340)는 상기 EGR 편차(EGR_dvt) 또는 상기 산소농도 편차(Inmani-O2_dvt)에 따른 실제 산소량의 편차(Air_dvt)에 따라 제어값이 결정될 수 있다.
최종 EGR 밸브 제어값 산출 단계(S350)는 상기 EGR 밸브 제어 개시 단계(S340)에서 산출되어 사용하는 상기 EGR 밸브(33)의 제어량에 상기 엔진(10)의 운전영역에 따라 설정된 사전 EGR 제어값(EGR valve pre_control)을 더하여, 상기 EGR 밸브(33)의 최종 제어량인 최종 EGR 밸브 제어값(EGR valve Final)을 산출한다. 상기 사전 EGR 제어값(EGR valve pre_control)는 상기 엔진(10)의 운전영역에 따라 미리 맵 등으로 저장되어 있고, 이는 상기 EGR 밸브(33)의 빠른 거동을 위해 기존의 맵 기반의 제어를 사용하기 위함이다.
EGR 밸브 개도 제어 단계(S360)는 상기 최종 EGR 밸브 제어값 산출 단계(S350)에서 산출한 상기 최종 EGR 밸브 제어값(EGR valve Final)으로 상기 EGR 밸브(33)를 제어하는 단계이다. 상기 ECU(50)는 상기 최종 EGR 밸브 제어값(EGR valve Final)으로 상기 차량의 운행거리를 반영하여 제어하게 된다.
엔진 작동 판단 단계(S370)는 상기 EGR 밸브 개도 제어 단계(S360)가 수행된 이후에 상기 엔진(10)의 작동 여부를 판단한다.
만약, 상기 엔진 작동 판단 단계(S370)에서 상기 엔진(10)이 작동하고 있으면, 상기 초기 엔진 제어 조건 설정 단계(S310)로 리턴되어 상기의 과정이 반복 수행되고, 상기 엔진(10)이 작동하고 있지 않으면, 종료된다(30).
10 : 엔진 11 : 실린더
12 : 연소압 센서 15 : 흡기매니폴드
16 : 배기매니폴드 21 : 흡기라인
22 : 배기라인 23 : EGR라인
31 : 터보차저 31a : 터빈
31b : 컴프레서 32 : 인터쿨러
33 : EGR 밸브 41 : 후처리 장치
50 : ECU 51 : 메모리
S10 : 엔진 시동 단계
S20 : 초기 리셋 단계
S30 : 종료단계
S100 : 질소산화물 배출량 획득 단계
S110 : 연소압 측정 단계
S120 : 연소 최고 온도 산출 단계
S130 : 질소산화물 농도 산출 단계
S140 : 실시간 질소산화물 배출량 산출 단계
S150 : 엔진 작동 판단 단계
S200 : 보정값 획득 단계
S210 : 보정 제어 영역 만족 판단 단계
S211 : 환경 조건 만족 판단 단계
S212 : 운전 조건 만족 판단 단계
S220 : 보정 제어 진입 단계
S230 : 목표 질소산화물 배출량 산출 단계
S240 : 목표 비율 산출 단계
S250 : 보정 적용 판단 단계
S260 : 보정값 산출단계
S270 : 보정값 미적용 단계
S280 : 엔진 작동 판단 단계
S300 : EGR 보정 제어 단계
S310 : 초기 엔진 제어 조건 설정 단계
S320 : 보정 엔진 제어 조건 설정 단계
S330 : 엔진 운전 편차 계산 단계
S340 : EGR 밸브 제어 개시 단계
S350 : 최종 EGR 밸브 제어값 산출 단계
S360 : EGR 밸브 개도 제어 단계
S370 : 엔진 작동 판단 단계
NOx_mass : 질소산화물 배출량
NOx_mass_acc : 질소산화물 배출량의 누적값
Target_NOx_mass_distance : 목표 누적 질소산화물 배출량
AF : 공연비
EGR valve Final : 최종 EGR밸브 제어값
EGR_NEW : 보정 EGR 목표값
EGR_des : 초기 EGR 목표값
EGR_act : 실제 EGR 비율
EGR_dvt : EGR 편차
EGR_cor : EGR 비율의 보정값
Air_dvt : 산소량의 편차
Inmani-O2 : 실린더 내 유입되는 산소 농도
Inmani-O2_NEW : 보정 흡기매니폴드 목표 산소농도
Inmani-O2_des : 초기 흡기매니폴드 목표 산소농도
Inmani-O2_act : 실제 흡기매니폴드 산소농도
Inmani-O2_dvt : 산소농도 편차
Inmani-O_cor : 흡기매니폴드 산소농도의 보정값
N : 엔진 회전속도
Pilot : 파일럿 분사량
Pmax : 최대 연소압
Psoc : 연소 개시 시점의 연소압
Q : 엔진부하(Total 연료량)

Claims (22)

  1. 엔진이 시동되거나 키 온이 되면, 질소산화물 배출량과 차량의 운행거리를 각각 0으로 셋팅하는 초기 리셋 단계와,
    상기 엔진의 연소압으로부터 연소온도와 질소산화물의 농도를 산출하여 상기 엔진으로부터 배출되는 질소산화물의 배출량을 획득하는 질소산화물 배출량 획득 단계와,
    상기 엔진으로부터 배출되는 질소산화물의 배출량을 누적하고 차량의 운행거리를 누적하여, 운행거리에 따른 EGR비율 또는 상기 엔진의 실린더로 유입되는 산소의 농도 중 어느 하나의 보정값을 획득하는 보정값 획득 단계와,
    초기 EGR비율 또는 초기 흡기매니폴드의 산소농도에 상기 보정값 획득 단계에서 획득된 보정값을 적용하여 최종 EGR 밸브 제어값을 구하고, 상기 최종 EGR 밸브 제어값으로 상기 EGR 밸브를 제어하는 EGR 보정 제어 단계를 포함하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 질소산화물 배출량 획득 단계, 상기 보정값 획득 단계 및 상기 EGR 보정 제어 단계는 상기 초기 리셋 단계가 수행된 이후에 상기 엔진의 정지시 또는 키 오프(Off)까지 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 질소산화물 배출량 획득 단계는,
    상기 엔진의 각 실린더에 각각 설치된 연소압 센서로부터 ECU로 출력되는 연소압을 실시간으로 취합하는 연소압 측정 단계와,
    상기 실린더 내에서 연소 개시 시점의 연소압, 최대 연소압, 산소농도, 공연비를 토대로 상기 실린더내에서 최대로 상승한 연소온도인 연소 최고 온도를 산출하는 연소 최고 온도 산출 단계와,
    상기 연소 최고 온도, 상기 실린더의 산소 농도, 연료분사시기, 레일압, 및 파일럿 분사량을 토대로 상기 실린더로부터 배출되는 질소산화물의 농도를 산출하는 질소산화물 농도 산출 단계와,
    상기 질소산화물 농도 산출 단계에서 구한 질소산화물의 농도와 공기량, 엔진부하를 토대로 상기 실린더로부터 배출되는 질소산화물의 배출량을 계산하는 질소산화물 실시간 질소산화물 배출량 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 질소산화물 농도 산출 단계에서는 zeldovich mechanism을 기반으로 하여, 상기 각 실린더로부터 배출되는 질소산화물의 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    질소산화물 실시간 질소산화물 배출량 산출 단계가 수행된 이후에는 상기 엔진의 작동 여부를 판단하는 엔진 작동 판단 단계를 더 포함하고,
    상기 엔진이 작동하고 있으면, 상기 연소압 측정 단계로 리턴되는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 엔진 작동 판단 단계에서 상기 엔진이 작동하고 있지 않으면, 종료되는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보정값 획득 단계는,
    상기 차량의 운행거리에 따라 상기 엔진의 EGR 비율 또는 흡기매니폴드의 산소농도를 보정해야 하는 보정 제어 영역에서 상기 엔진이 작동 중인지를 판단하는 보정 제어 영역 만족 판단 단계와,
    상기 엔진이 보정 제어 영역에서 운전 중이면, 상기 엔진에서 배출되는 질소산화물의 배출량과 상기 차량의 운행거리를 누적하기 시작하는 보정 제어 진입 단계와,
    상기 차량의 운행거리에 따른 누적된 질소산화물의 배출량인 목표 누적 질소산화물 배출량을 산출하는 목표 질소산화물 배출량 산출 단계와,
    상기 차량의 운행에 따라 배출된 질소산화물을 누적한 값과과 상기 목표 누적 질소산화물 배출량과 비율을 산출하는 목표 비율 산출 단계와,
    상기 차량의 운행거리가 상기 EGR 비율 또는 상기 흡기매니폴드의 산소 농도의 보정값을 적용하기로 미리 설정된 보정값 적용 기준값보다 큰 지를 판단하는 보정 적용 판단 단계와,
    상기 차량의 운행거리가 상기 보정값 적용 기준값보다 크면, 상기 EGR 비율의 보정값 또는 상기 흡기매니폴드의 산소농도 보정값을 산출하는 보정값 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보정값 산출단계에서는 상기 목표 대비 비율에 따라 서로 다른 보정맵으로부터 상기 EGR 비율의 보정값 또는 상기 흡기매니폴드의 산소 농도의 보정값을 산출하는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 보정 제어 영역 만족 판단 단계는,
    상기 엔진의 외부 환경 조건이 미리 설정된 보정 제어 범위를 만족하는 지를 판단하는 환경 조건 만족 판단 단계와,
    상기 엔진이 운전되는 조건이 미리 설정된 보정 제어 범위를 만족하는 지를 판단하는 운전 조건 만족 판단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 환경 조건 만족 판단 단계는,
    상기 엔진으로 유입되는 공기의 흡기온, 상기 엔진으로 유입되는 공기의 대기압 및 상기 엔진의 냉각수의 온도가 모두 미리 설정된 보정 제어 범위를 만족하는 지를 판단하는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 환경 조건 만족 판단 단계에서,
    상기 엔진으로 유입되는 공기의 흡기온, 상기 엔진으로 유입되는 공기의 대기압 및 상기 엔진의 냉각수의 온도 중 어느 하나라도 미리 설정된 보정 제어 범위를 만족하지 않으면,
    상기 보정 제어 영역 만족 판단 단계가 재수행되는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 운전 조건 만족 판단 단계는,
    상기 차량의 속도와, 상기 차량의 가속도가 미리 설정된 보정 제어 범위를 만족하는 지를 판단하는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 운전 조건 만족 판단 단계에서,
    상기 차량의 속도와, 상기 차량의 가속도 중 적어도 어느 하나가 미리 설정된 보정 제어 범위를 만족하지 않으면, 상기 보정 제어 영역 만족 판단 단계가 재수행되는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 보정 적용 판단 단계에서,
    상기 차량의 운행거리가 상기 보정값 적용 기준값보다 크지 않으면, 상기 EGR 비율 또는 상기 흡기매니폴드의 산소 농도의 보정값을 적용하지 않는 보정값 미적용 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 보정값 산출단계 또는 상기 보정값 미적용 단계가 수행된 이후에는 상기 엔진의 작동 여부를 판단하는 엔진 작동 판단 단계를 더 포함하고,
    상기 엔진이 작동하고 있으면, 상기 보정 제어 영역 만족 판단 단계로 리턴되는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 엔진 작동 판단 단계에서 상기 엔진이 작동하고 있지 않으면, 종료되는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 환경 조건 만족 판단 단계와 상기 운전 조건 만족 판단 단계는,
    상기 운전 조건 만족 판단 단계가 수행된 후에 상기 환경 조건 만족 판단 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 EGR 보정 제어 단계는,
    상기 엔진의 운전영역에 따라 상기 EGR 밸브의 초기 제어값인 초기 EGR 목표값 또는 초기의 상기 흡기매니폴드 내의 산소농도인 초기 흡기매니폴드 목표 산소농도를 설정하는 초기 엔진 제어 조건 설정 단계와,
    상기 초기 EGR 목표값에 상기 보정값 획득 단계에서 획득한 상기 EGR 비율의 보정값을 더하여 상기 초기 EGR 목표값이 보정된 보정 EGR 목표값을 획득하거나. 상기 초기 흡기매니폴드 목표 산소농도에 상기 보정값 획득 단계에서 획득한 상기 흡기매니폴드의 산소농도 보정값을 더하여 상기 초기 흡기매니폴드 목표 산소농도가 보정된 보정 흡기매니폴드 목표 산소농도를 획득하는 보정 엔진 제어 조건 설정 단계와,
    상기 보정 EGR 목표값과 실제 EGR 비율의 차이인 EGR 편차 또는 상기 보정 흡기매니폴드 산소농도와 실제 흡기매니폴드 산소농도의 차이인 산소농도 편차를 구하는 엔진 운전 편차 계산 단계와,
    상기 EGR 편차 또는 상기 산소농도 편차를 반영한 상기 EGR 밸브의 제어량을 산출하여 상기 EGR 밸브의 제어를 개시하는 EGR 밸브 제어 개시 단계와,
    상기 EGR 밸브 제어 개시 단계에서 산출된 상기 EGR 밸브의 제어량에 상기 엔진의 현재 운전영역에 따라 설정된 EGR 밸브의 개도량을 더하여, 상기 EGR 밸브의 최종 제어량인 상기 최종 EGR 밸브 제어값(EGR valve Final)으로 산출하는 최종 EGR 밸브 제어값 산출 단계와,
    상기 최종 EGR 밸브 제어값(EGR valve Final)으로 상기 EGR 밸브의 개도를 제어하는 EGR 밸브 개도 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 EGR 밸브 제어 개시 단계는, PID(Proportional Integral Differential) 제어로 폐루프 제어되는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 EGR 밸브 제어 개시 단계는,
    상기 EGR 편차 또는 상기 산소농도 편차에 따른 실제 산소량의 편차에 따라 제어값이 결정되는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 EGR 밸브 개도 제어 단계가 수행된 이후에는 상기 엔진의 작동 여부를 판단하는 엔진 작동 판단 단계를 더 포함하고,
    상기 엔진이 작동하고 있으면, 상기 초기 엔진 제어 조건 설정 단계로 리턴되는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 엔진 작동 판단 단계에서 상기 엔진이 작동하고 있지 않으면, 종료되는 것을 특징으로 하는 운행거리를 반영한 엔진의 질소산화물 제어 방법.

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