KR20200067487A - 증발가스 액티브 퍼지 시스템 및 액티브 퍼지 방법 - Google Patents

증발가스 액티브 퍼지 시스템 및 액티브 퍼지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 증발가스 액티브 퍼지 시스템 및 액티브 퍼지 방법에 관한 것으로, 연료탱크의 증발가스를 흡착하는 캐니스터와 흡기파이프를 연결하는 퍼지라인과, 퍼지라인에 장착된 퍼지펌프와, 퍼지펌프와 흡기파이프 사이에 위치되도록 퍼지라인에 장착된 퍼지밸브와, 퍼지펌프와 퍼지밸브 사이에 위치되도록 퍼지라인에 장착된 압력센서와, 압력센서로부터 신호를 수신하고, 퍼지펌프와 퍼지밸브에 작동신호를 송신하는 컨트롤유닛을 포함하며, 엔진 조건과 차량 속도를 감안해 캐니스터에서 흡기파이프로 공급되는 증발가스의 유량이 비선형적으로 조절되므로, 연소실에 연료가 과잉 공급될 여지가 없어지는, 증발가스 액티브 퍼지 시스템 및 액티브 퍼지 방법을 제공한다.

Description

증발가스 액티브 퍼지 시스템 및 액티브 퍼지 방법{Active purge system of Fuel Evaporation Gas and Active purge method thereof}
본 발명은 증발가스 액티브 퍼지 시스템 및 액티브 퍼지 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 엔진 조건 및 차량 속도에 따라 연료탱크에서 흡기파이프로 공급되는 증발가스의 유량이 비선형적으로 제어되는, 증발가스 액티브 퍼지 시스템 및 액티브 퍼지 방법에 관한 것이다.
자동차에는 연료가 저장되는 연료탱크가 구비된다. 연료는 연료탱크 내부의 온도, 압력 변화에 의해 증발될 수 있다. 연료탱크 내부에서 증발가스가 지속적으로 발생될 경우, 연료탱크 내부압이 필요 이상으로 높아질 여지가 있다. 또한, 증발가스가 연료탱크로부터 누출될 경우, 대기를 오염시키게 된다.
이에 따라, 도 1에 도시된 바와 같은, 퍼지 시스템이 자동차에 제공되고 있다. 퍼지 시스템은, 캐니스터(1)와, 퍼지라인(2)과, 퍼지밸브(3)를 포함한다. 캐니스터(1) 내부에는 증발가스를 흡착하는 활성탄이 내장된다. 퍼지라인(2)은 연료탱크(4), 캐니스터(1), 흡기파이프(5)를 연결한다. 퍼지밸브(3)는, 솔레노이드밸브로 제작된다. 퍼지밸브(3) 열림에 의해, 흡기파이프(5)의 부압이 캐니스터(1)에 작용된다. 흡기파이프(5) 부압에 의해 캐니스터(1)에 흡착된 증발가스가 흡기파이프(5)로 유입된다. 흡기파이프(5)로 유입된 증발가스는 연소실에서 연료와 함께 연소된다.
그러나, 차량에 터보차져가 적용될 경우, 흡기파이프(5)의 내부는 대기압과 같거나 높을 수 있다. 이러한 경우 종래 기술로는, 캐니스터(1)에서 흡기파이프(5)로의 증발가스 이동이 불가능하다.
대한민국 공개특허공보 제10-1998-0038643호(1998.08.05.)
본 발명의 목적은, 차량에 터보차져가 장착되더라도, 캐니스터에서 흡기파이프로의 증발가스 공급을 가능케 하는 액티브 퍼지 시스템 및 액티브 퍼지 방법을 제공하는 것이다.
또한, 엔진 조건 및 차량 주행 속도에 맞춰 캐니스터에서 흡기파이프로의 증발가스 공급 유량을 비선형적으로 조절할 수 있는 액티브 퍼지 시스템 및 액티브 퍼지 방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예의 액티브 퍼지 시스템은, 연료탱크의 증발가스를 흡착하는 캐니스터와 흡기파이프를 연결하는 퍼지라인과, 퍼지라인에 장착된 퍼지펌프와, 퍼지펌프와 흡기파이프 사이에 위치되도록 퍼지라인에 장착된 퍼지밸브와, 퍼지펌프와 퍼지밸브 사이에 위치되도록 퍼지라인에 장착된 압력센서와, 압력센서로부터 신호를 수신하고, 퍼지펌프와 퍼지밸브에 작동신호를 송신하는 컨트롤유닛을 포함한다.
또한, 컨트롤유닛은, 연소가스의 산소량을 감지하는 람다센서로부터 신호를 수신할 수 있다.
또한, 흡기파이프는, 에어클리너와 터보차져 사이에 위치될 수 있다.
또한, 흡기파이프에는, EGR가스 유입구가 위치되고, 흡기파이프와 퍼지라인의 연결부는, EGR가스 유입구 일측에 위치될 수 있다.
또한, 캐니스터와 퍼지펌프 사이에 위치되도록 퍼지라인에 압력센서가 장착될 수 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예의 액티브 퍼지 방법은, 연료탱크로부터 흡기파이프에 공급되는 증발가스의 유량이 비선형적으로 조절된다.
또한, 증발가스의 유량은, 연료탱크와 흡기파이프를 연결하는 퍼지라인에 제공된 퍼지펌프의 회전수 조절을 통해 조절될 수 있다.
또한, 증발가스의 유량은, 연료탱크와 흡기파이프를 연결하는 퍼지라인에 제공된 퍼지밸브의 개도량 조절을 통해 조절될 수 있다.
또한, 증발가스의 유량은, 연료탱크와 흡기파이프를 연결하는 퍼지라인에 제공된 퍼지펌프의 회전수와 퍼지밸브의 개도량 조절을 통해 조절될 수 있다.
또한, 흡기파이프에 공급된 EGR가스의 확산 모델을 근거로, 흡기파이프에서 인테이크 매니폴더로 유입되는 증발가스의 확산 형태 및 인테이크 매니폴더로 유입되는 증발가스의 매니폴더 공급유량이 산출될 수 있다.
또한, 퍼지펌프와 퍼지밸브는, 엔진 조건과 차량 속도를 수신하는 컨트롤유닛에 의해 작동이 제어되고, 컨트롤유닛은, 증발가스의 유량이 목표퍼지유량이 되도록 퍼지펌프와 퍼지밸브를 작동시킬 수 있다.
또한, 컨트롤유닛은, 목표퍼지유량이 달성되도록, 미리 정해진 1개 이상의 가동회전수로 퍼지펌프를 가동시키고, 퍼지펌프의 가동회전수에 따라 퍼지밸브를 미리 정해진 1개 이상의 개도량이 되도록 작동시킬 수 있다.
또한, 퍼지펌프 가동회전수는, 15000, 30000, 45000, 60000이고, 퍼지밸브의 개도량은, 100%, 70%, 50%, 30%일 수 있다.
또한, 퍼지펌프가 미리 정해진 회전수로 작동하면, 퍼지펌프의 특성이 도시된 그래프로부터 증발가스 유량이 도출될 수 있다.
또한, 퍼지펌프가 미리 정해진 회전수로 작동하지 못하면, 퍼지펌프의 특성이 도시된 그래프로부터, 미리 정해진 값과 측정된 퍼지펌프의 회전수의 비율을 근거로 증발가스의 유량이 도출될 수 있다.
또한, 퍼지펌프의 현재 회전수와 미리 정해진 회전수의 비율인 비율1과, 측정된 퍼지펌프 전후단 압력차와 미리 정해진 압력차의 비율인 비율2가 동일하도록 미리 정해진 압력차를 산출하고, 산출된 미리 정해진 압력차에서의 증발가스의 유량을 도출하고, 산출할 증발가스의 유량과 도출된 증발가스의 유량의 비율인 비율3이 비율1과 동일하도록 증발가스의 유량을 산출할 수 있다.
또한, 흡기파이프와 연결된 연소실로 공급된 연료와 흡기의 혼합비가 이론 공연비가 되도록 증발가스의 유량이 조절될 수 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예의 증발가스 액티브 퍼지 시스템의 작동 방법은, 퍼지라인 중 퍼지펌프와 퍼지밸브 사이에 존재하는 증발가스의 농도 및 퍼지펌프 전후단의 압력차를 도출하는 단계와, 엔진 조건, 차량속도, 연료 공급 시스템의 작동 상태를 감안해 목표 퍼지량을 계산하는 단계와, 퍼지라인에서 흡기파이프로 유동하는 증발가스의 유량이 목표퍼지유량이 되도록, 미리 정해진 1개 이상의 가동회전수로 퍼지펌프가 가동되고, 퍼지펌프의 가동회전수에 따라 퍼지밸브가 미리 정해진 1개 이상의 개도량이 되도록 작동되는 단계와, 증발가스 유동에 의해 연소실로 유입된 퍼지 연료량을 계산하는 단계와, 차량이 주행하는 환경을 감안해 퍼지 연료량을 보상하는 단계를 포함한다.
또한, 증발가스의 농도 및 퍼지펌프 전후단의 압력차를 도출하는 단계 이전에, 퍼지펌프가 가동되고, 퍼지밸브가 잠긴 상태를 유지하는 압력생성 단계가 수행될 수 있다.
또한, 증발가스의 농도 및 퍼지펌프 전후단의 압력차를 도출하는 단계에서, 목표 퍼지량을 도출하기 위해, 연료 공급 시스템의 연료 공급량과, 흡기파이프를 통해 흡기되는 신기의 양을 산출할 수 있다.
또한, 연소실로 유입된 퍼지 연료량을 계산하는 단계에서, 퍼지 연료량 계산은, 차량이 주행하는 주변의 온도, 고도, 차량이 주행하는 환경에 따른 증발가스 농도 변화를 감안해 수행 될 수 있다.
위와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 액티브 퍼지 시스템 및 액티브 퍼지 방법에 따르면, 퍼지펌프 작동에 의해 증발가스가 가압되므로, 흡기파이프 내부에 부압이 형성되지 않더라도, 캐니스터로부터 흡기파이프로의 증발가스 이동이 가능해 진다.
또한, 퍼지펌프 회전수와 퍼지밸브 개도량 제어에 의해 캐니스터에서 흡기파이프로 공급되는 증발가스의 유량이 비선형적으로 조절된다.
도 1은 종래 퍼지 시스템의 예시도,
도 2는 본 발명의 일실시예의 증발가스 액티브 퍼지 시스템의 예시도,
도 3은 퍼지펌프와 퍼지밸브 작동시 퍼지라인의 상태를 나타내는 그래프,
도 4 내지 도 6은 퍼지펌프 작동에 따른 증발가스 유량을 나타낸 그래프,
도 7은 퍼지펌프와 퍼지밸브 작동시 퍼지라인 내부의 증발가스 농도를 나타내는 그래프,
도 8은 본 발명의 일실시예의 증발가스 액티브 퍼지 방법의 절차도,
도 9 내지 도 10은 퍼지펌프 작동에 따른 증발가스 유량을 도출하기 위한 그래프의 예시도,
도 11은 퍼지펌프 회전수, 퍼지가스 유량, 퍼지밸브 개도량을 나타낸 그래프,
도 12는 본 발명의 일실시예의 증발가스 액티브 퍼지 시스템의 작동 방법의 절차도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일실시예의 증발가스 액티브 퍼지 시스템 및 액티브 퍼지 방법을 상세히 살명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 증발가스 액티브 퍼지 시스템은, 연료탱크(F)의 증발가스를 흡착하는 캐니스터(C)와 흡기파이프(I)를 연결하는 퍼지라인(100)과, 퍼지라인(100)에 장착된 퍼지펌프(200)와, 퍼지펌프(200)와 흡기파이프(I) 사이에 위치되도록 퍼지라인(100)에 장착된 퍼지밸브(300)와, 퍼지펌프(200)와 퍼지밸브(300) 사이에 위치되도록 퍼지라인(100)에 장착된 제1압력센서(400)와, 제1압력센서(400)로부터 신호를 수신하고, 퍼지펌프(200)와 퍼지밸브(300)에 작동신호를 송신하는 컨트롤유닛(600)을 포함한다. 캐니스터(C)와 퍼지펌프(200) 사이에 위치되도록 퍼지라인(100)에 제2압력센서(500)가 장착된다.
캐니스터(C)는, 대기와 라인을 통해 연결된다. 라인에는 밸브가 제공된다. 컨트롤유닛(600)은, 연소가스의 산소량을 감지하는 람다센서(700)로부터 신호를 수신한다. 컨트롤유닛(600)은, 람다센서(700)에서 감지된 산소량을 근거로 연소실에서 연소된 혼합가스의 공연비를 도출한다. 컨트롤유닛(600)은, 연소실로 연료를 공급하는 연료 공급 시스템과 신호를 송수신한다.
흡기파이프(I)는, 에어클리너(A)와 터보차져(T) 사이에 위치된다. 터보차져(T)와 인테이크 매니폴더 사이에 인터쿨러가 제공된다. 흡기파이프(I)에 EGR가스가 주입되는 유입구(E)가 위치된다. 흡기파이프(I)와 퍼지라인(100)의 연결부는, EGR가스 유입구(E) 일측에 위치된다.
퍼지라인(100)에는, 퍼지펌프(200), 퍼지밸브(300), 제1압력센서(400), 제2압력센서(500), 유량계센서가 제공된다. 제1압력센서(400)와 제2압력센서(500)는 퍼지펌프(200) 전단과 후단의 압력을 감지해 컨트롤유닛(600)으로 지속적으로 송신한다. 유량계센서는 퍼지밸브(300)와 흡기파이프(I) 사이에 위치된다. 유량계센서는 퍼지라인(100)으로부터 흡기파이프(I)로 유동하는 증발가스의 양을 지속적으로 감지하고 컨트롤유닛(600)으로 송신한다.
컨트롤유닛(600)은, 연료 공급 시스템, 람다센서(700), 제1압력센서(400), 제2압력센서(500), 유량계센서로부터 수신한 신호를 종합해 퍼지라인(100)에서 흡기파이프(I)로 유동하는 증발가스가 목표퍼지유량이 되도록 퍼지펌프(200)의 회전수와, 퍼지밸브(300)의 개도량을 조절한다. 연료 공급 시스템은, 컨트롤유닛(600)에 엔진 조건, 차량 속도, 현재 연료 분사량 등을 송신한다.
컨트롤유닛(600)이, 여러 센서들에 의해 감지된 정보를 근거로 퍼지펌프(200)와 퍼지밸브(300)의 작동을 제어해 퍼지라인(100)에서 흡기파이프(I)로 유동하는 증발가스의 양을 조절하므로, 캐니스터(C)에서 흡기파이프(I)로 공급되는 증발가스의 유량이 비선형적으로 조절된다.
위와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 액티브 퍼지 시스템을 가동시켜 도 3 내지 도 7에 도시된 그래프를 획득하였다.
도 3에는 퍼지펌프(200)의 회전수(RPM)를 단위 시간 동안 60000, 45000, 30000으로 유지한 뒤 순차적으로 변경하고, 퍼지밸브(300)의 닫힘과 열림을 등 간격으로 복수회 반복한 경우, 퍼지라인(100) 중 퍼지펌프(200)와 퍼지밸브(300) 사이의 압력(C1) 및 증발가스 농도(C2)가 그래프로 도시되었다.
퍼지펌프(200)가 60000, 45000, 30000 RPM을 유지되는 동안, 압력(C1)은 퍼지밸브(300)가 열릴 때는 상대적으로 낮은 상태를 유지(A1구간)하다가, 퍼지밸브(300)가 닫힐 때는 상대적으로 높은 상태를 유지(A2구간)한다. 증발가스 농도(C2)는, 퍼지밸브(300)가 열린 상태를 유지하면 큰 폭으로 감소하고, 퍼지밸브(300)가 닫히면 그 상태를 유지한다.
퍼지밸브(300)의 열고 닫히는 인터벌 시간이 작아짐에 따라, 압력(C1)과 증발가스 농도(C2)가 모두 선형적으로 감소될 것으로 추정된다.
퍼지펌프(200)의 회전이 작은 수의 RPM으로 유지될수록, 퍼지밸브(300) 열고 닫힘이 반복됨에 따른 압력(C1) 변화 정도는 작다(S1 참조). 퍼지펌프(200)의 회전수가 서로 다른 RPM으로 유지되더라도, 퍼지밸브(300) 열고 닫힘에 의한 증발가스 농도(C2) 변화 정도는 일정하다(S2 참조).
결과적으로, 퍼지펌프(200)가 동일 회전수를 유지하는 동안 퍼지밸브(300) 열고 닫힘에 따라, 압력(C1)과 증발가스 농도(C2) 변화 경향은 선형적으로 계산될 수 있다. 따라서, 퍼지펌프(200) 회전수 조절과 퍼지밸브(300)의 개폐 조작에 따라, 적정 농도의 증발가스를 적정압으로 흡기파이프(I)에 공급할 수 있다.
도 4 내지 도 6에는 퍼지펌프(200) 작동에 따른 증발가스 유량을 나타낸 그래프가 도시되었다. 도 4의 X축은 퍼지펌프(200) 전후단 압력차이고, Y축은 증발가스 유량이다. 퍼지펌프(200) 회전수가 15000에서 60000으로 증가하고, 퍼지펌프(200) 전후단 압력차가 증가할수록, 증발가스 유량은 증가된다. 이러한 증가는 선형적일 수 있다.
도 5의 X축은 퍼지펌프(200) 전후단 압력차이고, Y축은 증발가스 유량이다. 퍼지펌프(200) 회전수는 일정하게 유지되고, 퍼지밸브(300)의 개도량은 단계적으로 30%에서 100%로 변경된다. 퍼지밸브(300)의 개도량이 단계적으로 30%에서 100%로 증대될 수록 퍼지펌프(200) 전후단 압력차 대비 증발가스의 유량은 증가된다. 이러한 증가는 선형적일 수 있다.
도 6의 X축은 퍼지펌프(200) 회전수이고, Y축은 유량비이다. 퍼지밸브(300)의 개도량이 100%인 경우와 대비하여, 퍼지펌프(200) 회전수가 적정치 이상이 되면, 퍼지밸브(300)의 개도량 별로 일정한 유량비를 유지한다.
따라서, 퍼지펌프(200) 회전수 조절과 퍼지밸브(300) 개도량 조절을 통해 증발가스 유량을 조절할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 아래 수학식 1 내지 수학식 3을 통해서 증발가스의 농도값을 추정할 수 있고, 농도값으로부터 밀도를 계산할 수 있다. 수학식 1에서 f는 질량 분율이고, 수학식 2는 농도를 질량 분율로 가정하였다. 수학식 3에서 P는 대기압이다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
위 수학식 1 내지 수학식 3을 근거로 도 7에 도시된 바와 같은 그래프를 도출할 수 있다.
도 7에는 퍼지밸브(300)가 잠긴 상태에서 퍼지펌프(200)가 지속적으로 작동할 경우, 퍼지라인(100) 중 퍼지펌프(200)와 퍼지밸브(300) 사이의 증발가스 농도를 나타낸 그래프가 도시되었다. 도시된 바와 같이, 압력이 높아질수록, 증발가스의 농도는 선형적으로 증가한다.
한편, 종래 퍼지 딜레이 확산 모델을 사용해 인테이크 매니폴더에서 연소실로 공급되는 증발가스의 연소실 공급 유량이 결정될 수 있다. 그러나, 액티브 퍼징이 적용되면, 흡기파이프(I)에서 인테이크 매니폴더로 유입된 증발가스의 확산 형태 및 흡기파이프(I)에서 인테이크 매니폴더로 유입되는 증발가스의 매니폴더 공급 유량에 흡기파이프(I)에 공급된 EGR가스의 확산 모델이 기존의 퍼지딜레이 확산모델에 추가로 적용될 수 있다.
아래 수학식 4를 통해서 인테이크 매니폴더 최종적으로 연소실에 도달하는 증발가스의 양을 도출할 수 있다.
Figure pat00004
위 기재한 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 액티브 퍼지 시스템은, 컨트롤유닛(600)이, 여러 센서들에 의해 감지된 정보를 근거로 퍼지펌프(200)와 퍼지밸브(300)의 작동을 제어해 퍼지라인(100)에서 흡기파이프(I)로 유동하는 증발가스의 양을 비선형적으로 조절한다.
특히, 퍼지펌프(200)와 퍼지밸브(300)의 작동을 제어해, 퍼지라인(100) 중 퍼지펌프(200)와 퍼지밸브(300) 사이 구간의 압력과 증발가스 농도를 선형적으로 조절할 수 있다. 퍼지펌프(200)와 퍼지밸브(300)의 작동을 제어해, 퍼지라인(100)에서 흡기파이프(I)로 유동하는 증발가스의 유량을 비선형적으로 조절할 수 있다. 궁극적으로, 앞서 기술한 수학식 1 내지 수학식 4을 통해 연소실에 공급되는 증발가스의 양을 도출할 수 있다.
본 발명은 퍼지밸브(300)와 퍼지펌프(200) 작동을 조절해 흡기파이프(I)로 공급되는 증발가스의 유량을 비선형적으로 조절하며 연소실에 공급할 수 있음을 바탕으로 도 8에 도시된 바와 같은 액티브 퍼지 방법의 일실시예를 제공한다.
본 발명의 일실시예의 액티브 퍼지 방법은, 도 8에 도시된 바와 같이, 연료탱크(F)로부터 흡기파이프(I)에 공급되는 증발가스의 유량이 비선형적으로 조절된다.
증발가스의 유량은, 연료탱크(F)와 흡기파이프(I)를 연결하는 퍼지라인(100)에 제공된 퍼지펌프(200)의 회전수 조절 및 퍼지라인(100)에 제공된 퍼지밸브(300)의 개도량 변경에 의해 조절된다.
증발가스 유량은, 퍼지라인(100)에 제공된 센서를 통해 실시간으로 감지된다. 증발가스 유량은, 미리 진행된 실험을 통해 생성된 테이블 또는 그래프로 제공될 수도 있다.
퍼지펌프(200)와 퍼지밸브(300)는, 엔진 조건과 차량 속도를 수신하는 컨트롤유닛(600)에 의해 작동이 제어된다. 컨트롤유닛(600)은, 증발가스의 유량이 목표퍼지유량이 되도록 퍼지펌프(200)와 퍼지밸브(300)를 작동시킨다.
목표퍼지유량은, 엔진 조건, 차량속도, 연료 공급 시스템의 작동 상태를 감안해, 최종적으로 연소실에 공급된 연료와 흡기의 혼합비가 이론 공연비가 될 수 있도록 미리 유도된 값이다.
일 예에 따르면, 컨트롤유닛(600)은, 증발가스의 유량이 목표퍼지유량이 되도록, 미리 정해진 1개 이상의 가동회전수로 퍼지펌프(200)를 가동시키고, 퍼지펌프(200)의 가동회전수에 따라 퍼지밸브(300)를 미리 정해진 1개 이상의 개도량이 되도록 작동시킨다. 퍼지펌프(200) 가동회전수는, 15000, 30000, 45000, 60000이고, 퍼지밸브(300)의 개도량은, 100%, 70%, 50%, 30%이다.
도 9 내지 도 10에는 퍼지펌프(200) 특성 그래프가 도시되었다. x축은 유량, y축은 퍼지펌프(200) 전후단 압력차이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 퍼지펌프(200)가 미리 정해진 회전수로 작동하고 퍼지펌프(200)의 전후단 압력차를 알 경우, 퍼지라인(100)으로부터 흡기파이프(I)로 유입되는 증발가스 유량은 미리 준비된 그래프로부터 도출될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 퍼지펌프(200)가 미리 정해진 회전수로 작동하지 못할 경우에는 퍼지펌프(200)의 측정된 회전수와 미리 정해진 회전수의 비율인 비율1과, 측정된 압력차와 추정 압력차의 비율인 비율2가 동일하도록 추정 압력차를 산출한다.
퍼지펌프(200) 특성 그래프로부터 추정 압력차일 때의 증발가스 유량인 추정 유량을 도출한다. 산출할 증발가스의 유량과 추정 유량의 비율인 비율3이 비율1과 동일하도록 증발가스의 유량을 산출한다.
산출된 증발가스의 유량과 목표퍼지유량을 비교한다. 산출된 증발가스의 유량이 목표퍼지유량이 아닌 경우, 퍼지밸브(300)의 개도량을 조절해 증발가스의 농도를 가감한다.
도 11을 참조하면, 차량 주행 중, 퍼지펌프(200) 회전수를 적절하게 제어할 때(PS)와, 퍼지라인(100)에 흐르는 증발가스 가스의 양을 퍼지밸브에 의해 조절 할 때(SV) 증발가스의 유량(Q)은 비선형적으로 변동하게 된다. 각 경우, 증발가스 유량(Q)은 서로 일치하지 않는다. 이는 일종의 히스테리시스라 할 수 있다.
또한, 본 발명은 연소실로 유입된 혼합기의 공연비를 제어할 수 있도록 도 12에 도시된 바와 같은, 증발가스 액티브 퍼지 시스템의 작동 방법의 일실시예를 제공한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 증발가스 액티브 퍼지 시스템의 작동 방법은, 퍼지라인(100) 중 퍼지펌프(200)와 퍼지밸브(300) 사이에 존재하는 증발가스의 농도 및 퍼지펌프(200) 전후단의 압력차를 도출하는 단계(S100)와, 엔진 조건, 차량속도, 연료 공급 시스템의 작동 상태를 감안해 목표 퍼지량을 계산하는 단계(S200)와, 퍼지라인(100)에서 흡기파이프(I)로 유동하는 증발가스의 유량이 목표퍼지유량이 되도록, 미리 정해진 1개 이상의 가동회전수로 퍼지펌프(200)가 가동되고, 퍼지펌프(200)의 가동회전수에 따라 퍼지밸브(300)가 미리 정해진 1개 이상의 개도량이 되도록 작동되는 단계(S300)와, 증발가스 유동에 의해 연소실로 유입된 퍼지 연료량을 계산하는 단계(S400)와, 차량이 주행하는 환경을 감안해 퍼지 연료량을 보상하는 단계(S500)를 포함한다.
증발가스의 농도 및 퍼지펌프 전후단의 압력차를 도출하는 단계(S100)에서, 증발가스 농도는, 퍼지라인(100)에 제공된 농도 센서(미도시)를 통해 감지될 수 있으며, 앞서 기술한 수학식 1 내지 수학식 3, 측정된 퍼지라인(100) 중 퍼지펌프(200)와 퍼지밸브(300) 사이 구간의 압력을 통해 산출될 수 있다.
증발가스의 농도 및 퍼지펌프(200) 전후단의 압력차를 도출하는 단계(S100) 이전에, 퍼지펌프(200)가 가동되고, 퍼지밸브(300)가 잠긴 상태를 유지하는 압력생성 단계(미도시)가 수행된다. 압력생성단계에서, 퍼지펌프(200)는 미리 정해진 시간 동안 미리 정해진 회전수로 작동한다.
증발가스의 농도 및 퍼지펌프(200) 전후단의 압력차를 도출하는 단계(S100)에서, 목표 퍼지량을 도출하기 위해, 연료 공급 시스템(미도시)의 연료 공급량과, 흡기파이프(I)를 통해 흡기되는 신기의 양을 산출한다. 연료 공급 시스템의 연료 공급량은, 1개 이상의 가동회전수로 퍼지펌프(200)가 가동되고, 퍼지펌프(200)의 가동회전수에 따라 퍼지밸브(300)가 미리 정해진 1개 이상의 개도량이 되도록 작동되는 단계(S300)에서 퍼지펌프(200)의 회전수와 퍼지밸브(300)의 개도량에 따라 가변될 수 있다.
연소실로 유입된 퍼지 연료량을 계산하는 단계(S400)에서, 퍼지 연료량 계산은, 차량이 주행하는 주변의 온도, 고도, 차량이 주행하는 환경에 따른 증발가스 농도 변화를 감안해 수행된다.
퍼지 연료량을 보상하는 단계(S500)에서, 퍼지 연료량 보상은, 퍼지펌프(200)의 회전수 조절, 퍼지밸브(300) 개도량 조절을 통해서, 퍼지라인(100)에서 흡기파이프(I)로 유동하는 증발가스의 유량을 조절함으로써 수행될 수 있다. 또한, 퍼지 연료량 보상은, 연료 공급 시스템을 통해 연소실로 공급되는 연료량을 가감해 수행될 수도 있을 것이다.
따라서, 증발가스 퍼징에 의해 연소실에 증발가스가 공급되더라도, 연소실에서 연소되는 혼합기의 공연비를 주행 환경, 엔진 상태, 차량 속도에 맞게 충족시킬 수 있다.
앞서 기술한 바와 같이, 퍼지라인(100)에서 흡기파이프(I)로 공급된 증발가스 유량으로부터 연소실에 공급되는 증발가스의 양을 도출할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예의 액티브 퍼지 시스템 및 액티브 퍼지 방법에 따르면, 증발가스에 의해 연소실에 공급되는 연료의 양을 비선형적으로 조절할 수 있다. 특히, 퍼지펌프(200) 작동에 의해 증발가스가 가압되므로, 흡기파이프(I) 내부에 부압이 형성되지 않더라도, 캐니스터(C)로부터 흡기파이프(I)로의 증발가스 이동이 가능해 진다.
100: 퍼지라인 200: 퍼지펌프
300: 퍼지밸브 400: 제1압력센서
500: 제2압력센서 600: 컨트롤유닛
700: 람다센서 F: 연료탱크
C: 캐니스터 I: 흡기파이프
A: 에어클리너 T: 터보차져
E: EGR가스 유입구

Claims (20)

  1. 연료탱크의 증발가스를 흡착하는 캐니스터와 흡기파이프를 연결하는 퍼지라인;
    상기 퍼지라인에 장착된 퍼지펌프;
    상기 퍼지펌프와 상기 흡기파이프 사이에 위치되도록 상기 퍼지라인에 장착된 퍼지밸브;
    상기 퍼지펌프와 상기 퍼지밸브 사이에 위치되도록 상기 퍼지라인에 장착된 압력센서;
    상기 압력센서로부터 신호를 수신하고, 상기 퍼지펌프와 상기 퍼지밸브에 작동신호를 송신하는 컨트롤유닛;
    상기 컨트롤유닛은 엔진조건 및 차량속도에 의해 상기 퍼지펌프와 상기 퍼지밸브를 제어하는 증발가스 액티브 퍼지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤유닛은,
    연소가스의 산소량을 감지하는 람다센서로부터 신호를 수신하는 증발가스 액티브 퍼지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 흡기파이프는,
    에어클리너와 터보차져 사이에 위치된 증발가스 액티브 퍼지 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡기파이프에는,
    EGR가스 유입구가 위치되고,
    상기 흡기파이프와 상기 퍼지라인의 연결부는,
    상기 EGR가스 유입구 일측에 위치된 증발가스 액티브 퍼지 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 캐니스터와 상기 퍼지펌프 사이에 위치되도록 상기 퍼지라인에 압력센서가 장착된 증발가스 액티브 퍼지 시스템.
  6. 증발가스 액티브 퍼지방법에 있어서,
    엔진조건과 차량 속도에 따라 콘트롤유닛에 의해 퍼지펌프와 퍼지밸브를 조절함으로서, 연료탱크로부터 흡기파이프에 공급되는 증발가스의 유량을 제어하는 증발가스 액티브 퍼지 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 증발가스의 유량은,
    상기 연료탱크와 상기 흡기파이프를 연결하는 퍼지라인에 제공된 퍼지펌프의 회전수 조절을 통해 조절되는 증발가스 액티브 퍼지 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 증발가스의 유량은,
    상기 연료탱크와 상기 흡기파이프를 연결하는 퍼지라인에 제공된 퍼지밸브의 개도량 조절을 통해 조절되는 증발가스 액티브 퍼지 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 증발가스의 유량은,
    상기 연료탱크와 상기 흡기파이프를 연결하는 퍼지라인에 제공된 퍼지펌프의 회전수와 퍼지밸브의 개도량 조절을 통해 조절되는 증발가스 액티브 퍼지 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 흡기파이프에서 상기 인테이크 매니폴더로 유입되는 상기 증발가스의 매니폴더 공급 유량의 산출에는 퍼지 딜레이 확산모델과 EGR가스의 지연(delay) 모델이 적용되는 증발가스 액티브 퍼지 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 퍼지펌프와 상기 퍼지밸브는, 엔진 조건과 차량 속도를 수신하는 컨트롤유닛에 의해 작동이 제어되고,
    상기 컨트롤유닛은, 상기 증발가스의 유량이 목표퍼지유량이 되도록 상기 퍼지펌프와 상기 퍼지밸브를 작동시키는 증발가스 액티브 퍼지 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 컨트롤유닛은, 상기 증발가스의 유량이 상기 목표퍼지유량이 되도록,
    미리 정해진 1개 이상의 가동회전수로 상기 퍼지펌프를 가동시키고,
    상기 퍼지펌프의 가동회전수에 따라 상기 퍼지밸브를 미리 정해진 1개 이상의 개도량이 되도록 작동시키는 증발가스 액티브 퍼지 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 퍼지펌프 가동회전수는,
    15000, 30000, 45000, 60000이고,
    상기 퍼지밸브의 개도량은,
    100%, 70%, 50%, 30%인 증발가스 액티브 퍼지 방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 퍼지펌프가 미리 정해진 회전수로 작동하면,
    상기 퍼지펌프의 특성이 도시된 그래프로부터 상기 증발가스 유량이 도출되는 증발가스 액티브 퍼지 방법.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 퍼지펌프가 미리 정해진 회전수로 작동하지 못하면,
    상기 퍼지펌프의 특성이 도시된 그래프로부터, 미리 정해진 값과 측정된 상기 퍼지펌프의 회전수의 비율을 근거로 상기 증발가스의 유량이 도출되는 증발가스 액티브 퍼지 방법.
  16. 제7항에 있어서,
    상기 흡기파이프와 연결된 연소실로 공급된 연료와 흡기의 혼합비가 이론 공연비가 되도록 상기 증발가스의 유량이 조절되는 증발가스 액티브 퍼지 방법.
  17. 청구항 1에 기재된 증발가스 액티브 퍼지 시스템의 작동 방법에 있어서,
    상기 퍼지라인 중 상기 퍼지펌프와 상기 퍼지밸브 사이에 존재하는 상기 증발가스의 농도 및 상기 퍼지펌프 전후단의 압력차를 도출하는 단계;
    엔진 조건, 차량속도, 연료 공급 시스템의 작동 상태를 감안해 목표 퍼지량을 계산하는 단계;
    상기 퍼지라인에서 상기 흡기파이프로 유동하는 상기 증발가스의 유량이 상기 목표퍼지유량이 되도록, 미리 정해진 1개 이상의 가동회전수로 상기 퍼지펌프가 가동되고, 상기 퍼지펌프의 가동회전수에 따라 상기 퍼지밸브가 미리 정해진 1개 이상의 개도량이 되도록 작동되는 단계;
    상기 증발가스 유동에 의해 연소실로 유입된 퍼지 연료량을 계산하는 단계;
    차량이 주행하는 환경을 감안해 상기 퍼지 연료량을 보상하는 단계를 포함하는 증발가스 액티브 퍼지 시스템의 작동 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 증발가스의 농도 및 상기 퍼지펌프 전후단의 압력차를 도출하는 단계 이전에, 상기 퍼지펌프가 가동되고, 상기 퍼지밸브가 잠긴 상태를 유지하는 압력생성 단계가 수행되는 증발가스 액티브 퍼지 시스템의 작동 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 증발가스의 농도 및 상기 퍼지펌프 전후단의 압력차를 도출하는 단계에서,
    상기 목표 퍼지량을 도출하기 위해, 상기 연료 공급 시스템의 연료 공급량과, 상기 흡기파이프를 통해 흡기되는 신기의 양을 산출하는 증발가스 액티브 퍼지 시스템의 작동 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 연소실로 유입된 퍼지 연료량을 계산하는 단계에서,
    상기 퍼지 연료량 계산은, 차량이 주행하는 주변의 온도, 고도, 차량이 주행하는 환경에 따른 상기 증발가스 농도 변화를 감안해 수행되는 증발가스 액티브 퍼지 시스템의 작동 방법.
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