KR20240099310A - 적어도 하나의 배기 가스 재순환 회로가 장착된 연소 엔진의 캐니스터를 퍼징하는 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡기부(intake)에 적어도 하나의 배기 가스 재순환 시스템이 장착된 자동차의 내연 엔진의 캐니스터(canister)를 퍼징(purging)하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은: - 퍼지에 대한 필요성을 검출하는 단계; - 퍼지 유량 설정값(Qp) 및 상기 유량(Qp)이 퍼지될 수 있도록 하는 압력 설정값(Pp)을 계산하는 단계; - 엔진 토크 설정값(C)을 보장하기 위한 흡기 매니폴드 내의 최소 압력(Pcol_mini)을 계산하는 단계; - 상기 엔진 토크(C) 도달을 보장하는 최소 압력(Pcol_mini)의 한계 내에서, 상기 매니폴드 내의 압력을 상기 설정값(Pp)의 수준으로 낮추도록 상기 엔진을 조정하는 단계;를 포함한다.

Description

적어도 하나의 배기 가스 재순환 회로가 장착된 연소 엔진의 캐니스터를 퍼징하는 방법 및 시스템

본 발명은 연료 증기, 특히 가솔린을 위한 흡인 탱크를 포함하는 내연 엔진을 위한 연료 공급 시스템에 관한 것이다.

내연 엔진, 보다 구체적으로 불꽃 점화(가솔린) 엔진이 장착된 자동차에서, 당업자에게 "캐니스터(canister)"라는 영어 이름으로 알려진 연료 증기 흡인 탱크(fuel vapor aspiration tank)는 탄소 필터를 포함하고, 차량이 정지되거나 가혹한 조건에서 작동 중일 때 탱크로부터 빠져나가는 연료 증기를 축적하도록 구성된다.

일반적으로, 캐니스터는 연료 함유 증기가 엔진 흡기부(intake)로 이동하는 것을 제어하는 밸브가 장착된 퍼지 파이프(purge pipe)에 의해 엔진 흡기부에 연결된다. 미리 결정된 특정 충전 레벨을 초과할 때 증기가 대기로 빠져나가는 것을 방지하기 위해 퍼지 솔레노이드 밸브를 개방함으로써 캐니스터가 퍼지된다.

캐니스터 충전율(fill rate)을 감소시키기 위해 충분한 양의 연료 증기를 배출하기 위해서는 최소 퍼지 유량이 요구된다.

또한, 불꽃 점화 엔진에서, 일반적으로 엔진 토크를 생성하기 위해 특정 공기 질량 유량을 얻기 위해 엔진의 스로틀 바디(throttle body)에 의해 조절되는 엔진 흡기 매니폴드 내의 진공은 흡기 매니폴드의 플레넘(plenum)과 배기 매니폴드 사이의 압력 차이에 의해 유발되는 펌핑 손실(pumping loss)을 초래한다는 것도 알려져 있다.

도 1은 압력-부피 다이어그램을 보여주며, 통상적인 4행정 사이클 엔진의 작동을 특성화한다. 펌핑 손실은 빗금친 영역 2에 해당하고, 이는 엔진에 의해 소비되는 일을 나타내며, 이와 달리, 빗금친 영역 1은 엔진에 의해 공급되는 일을 나타낸다. 엔진 실린더에서 가스들이 겪는 단계들을 나타내는 도 1에 도시된 통상적인 사이클에 따르면, 흡기 단계(흡기 시간)는 세그먼트(segment) AB에 해당하고, 압축은 세그먼트 BC에 해당하며, 연소는 세그먼트 CD에 해당하고, 팽창은 세그먼트 DE에 해당하며, 배기는 세그먼트 EA에 해당한다.

펌핑 손실을 감소시켜 엔진의 연료 소비를 감소시키기 위해, 도 1에 도시된 통상적인 사이클에 따른 엔진 작동에서와 동일한 주어진 토크를 생성하기 위해 요구되는 질량 유량으로 동일한 양의 공기를 엔진 내부로 도입하면서 흡기 매니폴드 내의 압력을 증가시키는 것이 알려져 있다.

흡기 매니폴드 내의 압력을 증가시킴으로써 펌핑 손실을 감소시키는 제1 방법은 도 2에 개략적으로 도시되어 있고 밀러 사이클(Miller cycle)로 알려져 있으며, 하사점(BDC) 이전에 흡기 밸브들을 폐쇄하는 것을 포함한다. 따라서, 실린더 내의 공기의 양은 BDC에 도달하는 것이 허용되지 않고, 단지 흡기 밸브가 폐쇄되는 순간에 대응되는 피스톤의 위치(도 2에 B 지점으로 표시됨)에 도달하도록 허용된다. 통상적인 사이클과 달리, 실린더 내부로 유입되는 공기의 양의 관리는 스로틀 바디의 개방을 변경함으로써 달성되며, 밀러 사이클에서는 스로틀 바디가 개방된 상태로 유지되고 유입되는 공기의 양의 관리는 흡기 밸브들의 폐쇄 순간을 지시함으로써 달성된다. 따라서, 공기는 세그먼트 AB에서만 실린더로 유입되며, 사이클 세그먼트들 BB' 및 B'B"는 각각 밸브가 폐쇄된 상태에서 실린더 부피의 증가 또는 감소에 대응된다. 밀러 사이클의 다른 부분들은 도 1에 도시된 통상적인 사이클의 부분들과 유사하다. 도 2에서, 세그먼트들 B"C, CD, DE 및 EA는 각각 엔진 실린더의 가스들의 압축, 연소, 팽창 및 배기 단계들에 해당한다.

따라서, 낮은 부하에서도 스로틀 바디가 주로 개방된 상태로 유지되기 때문에, 통상적인 사이클보다 밀러 사이클에서 매니폴드 내에 더 높은 압력이 발생한다. 흡기 압력의 증가는 엔진에 의해 소비되는 일의 양을 감소시키며, 그래서 도 2의 빗금친 구역 2의 면적은 도 1의 빗금친 구역 2의 면적보다 작다.

흡기 매니폴드 내의 압력을 증가시킴으로써 펌핑 손실을 감소시키는 제2 방법은 도 3에 개략적으로 도시되어 있고 앳킨슨 사이클(Atkinson Cycle)로 알려져 있으며, BDC 이후에 흡기 밸브들을 폐쇄하는 것을 포함한다. 이 경우, 흡기 밸브들은 도 3의 B' 지점까지 BDC 이후 피스톤의 상승 부분 동안 개방된 상태로 유지된다. 이러한 방식으로, 공기는 도 3의 B 지점에 해당하는 BDC까지 유입되며, 유입된 공기 중 일부는, 흡기 밸브들이 개방된 상태로 유지되는 한, 피스톤이 상사점(TDC)을 향해 상승할 때 흡기 매니폴드 내부로 배출된다. 따라서, 연소를 위해 유입되는 공기의 양은 도 3의 B' 지점으로 표시된 흡기 밸브들이 폐쇄되는 순간에 의해 결정된다.

앳킨슨 사이클에서는, 밀러 사이클에서와 같이, 스로틀 바디는 개방된 상태로 유지되며 유입되는 공기의 양은 주로 흡기 밸브들의 폐쇄 순간을 지시함으로써 관리된다. 앳킨슨 사이클의 다른 부분들은 도 1에 도시된 통상적인 사이클의 부분들과 유사하다. 도 3에서, 세그먼트들 B'C, CD, DE 및 EA는 각각 엔진 실린더의 가스들의 압축, 연소, 팽창 및 배기 시간들에 해당한다.

따라서, 낮은 부하에서도 스로틀 바디가 주로 개방된 상태로 유지되기 때문에, 통상적인 사이클에서보다 앳킨슨 사이클에서 더 높은 흡기 매니폴드 압력이 발생한다. 흡기 압력의 증가는 엔진에 의해 소비되는 일의 양을 감소시키며, 그래서 도 3의 빗금친 구역 2의 면적은 도 1의 빗금친 구역 2의 대응되는 면적보다 작다.

흡기 매니폴드 내의 압력을 증가시킴으로써 펌핑 손실을 감소시키는 데 사용되는 제3 방법은 배기 가스를 취해 이를 흡기부로 보내는 것으로, "배기 가스 재순환" 또는 "EGR"이라고 알려진 방법이다. 실린더 연소에 참여하지 않는 중성 가스의 도입은 부하를 증가시키지 않고 매니폴드 내의 압력을 증가시키는 것을 가능하게 한다. 실제로, EGR 유량이 스로틀 바디의 상류의 엔진 내부로 유입될 때, EGR의 개방의 정도는 공기 유량만을 제어하는 것이 아니라, 공기 유량과 EGR 유량의 합과 동일한 엔진 내부로의 전체 유량을 제어한다. 따라서, 제1 압력 값에서 공기만을 도입함으로써, 또는 제1 압력 값보다 높은 제2 압력 값에서 공기와 EGR의 일부를 도입함으로써 동일한 공기 질량 유량이 얻어질 수 있다. 또한, 흡기부에서 이러한 부분적인 배기 가스 재순환은 밀러 또는 앳킨슨 사이클과 조합될 수 있다는 점에 유의한다.

설명된 세 가지 방법들, 즉 밀러 사이클, 앳킨슨 사이클 또는 EGR 재순환의 문제점은 엔진 흡기 매니폴드 내의 압력을 증가시킴으로써, 연료 함유 증기의 재도입 지점이 스로틀 바디의 하류에 있을 때 엔진의 공기 흡기 회로 내부로 캐니스터를 퍼지하는 능력을 감소시킨다는 점이며, 이는 대기압으로 배기된 캐니스터와 흡기 매니폴드 사이의 압력 차이가 크게 감소되고 더 이상 충분한 유량이 순환될 수 없기 때문이다.

흡기부를 향해 증기를 끌어들이는 벤츄리 또는 펌프를 포함하는 능동형 퍼지 시스템들이 장착된 엔진은 종래 기술로부터 공지되어 있다. 이러한 시스템들은 오히려 연료 함유 증기의 재도입 지점이 스로틀 바디의 상류에 있는 경우에 사용되며, 펌프에 대하 제어와 추가 부품들의 설치를 요구하는 단점을 가진다.

전술한 내용을 고려하여, 본 발명의 목적은 능동 퍼징 시스템들(active purging systems)을 사용하지 않으면서 캐니스터 퍼징 용량을 향상시키는 것이다.

전술한 내용을 고려하여, 본 발명은 흡기부(intake)에 적어도 하나의 배기 가스 재순환 시스템이 장착된 자동차의 내연 엔진의 캐니스터(canister)를 수동적으로 퍼징(passively purging)하는 방법에 관한 것이다.

상기 방법은:

- 퍼지에 대한 필요성을 검출하는 단계;

- 퍼지 유량 설정값 및 상기 유량이 퍼지될 수 있도록 하는 압력 설정값(Pp)을 계산하는 단계;

- 엔진 토크 설정값을 보장하기 위해 흡기 매니폴드 내의 최소 압력을 계산하는 단계;

- 엔진 토크 도달을 보장하는 최소 압력의 한계 내에서, 상기 매니폴드 내의 압력을 상기 설정값의 수준으로 낮추도록 상기 엔진을 조정하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 목적은, 필요할 때 캐니스터로부터 연료 증기를 흡입하기 위해 상기 엔진 흡기 매니폴드의 자연 진공(natural vacuum)을 사용하는 소위 수동적 퍼지 시스템(passive purge system)을 사용하는 것이다. 본 발명에 설명된 것과 같은 수동적 시스템에 의한 퍼징은 엔진 흡기 매니폴드 내의 압력이 캐니스터 내의 압력보다 낮은 경우에만 가능하다는 점에 유의해야 한다.

예를 들어, 상기 엔진은 통상적인 사이클에 따라 작동한다.

유리하게는, 상기 엔진은 가변 밸브 타이밍 시스템(variable valve timing system)을 구비하며, 비대칭 밀러(Miller) 또는 앳킨슨(Atkinson) 유형 사이클에 따라 작동한다.

유리하게는, 상기 캐니스터의 충전 레벨(fill level)의 값이 미리 결정된 임계값에 도달한 때 상기 퍼지에 대한 필요성이 결정된다.

유리하게는, 상기 엔진을 조정하는 단계는 EGR 유량 설정값을 낮추는 것을 포함한다.

예를 들어, 상기 엔진 조정은 상기 밸브 타이밍 시스템을 밀러 또는 앳킨슨 사이클 엔진 작동으로부터 통상적인 사이클 작동으로 제어하는 것을 포함한다.

제2 양태에 따르면, 본 발명은 흡기부에 적어도 하나의 배기 가스 재순환 시스템이 장착된 자동차의 내연 엔진의 캐니스터의 수동적 퍼징 시스템에 관한 것이다.

상기 수동적 퍼징 시스템은 상기 캐니스터를 퍼지할 필요성을 검출하기 위한 수단, 퍼지 유량 설정값 및 압력 설정값을 계산하기 위한 수단, 엔진 토크 설정값을 보장하기 위해 흡기 매니폴드 내의 최소 압력을 계산하기 위한 수단, 및 상기 엔진 토크 도달을 보장하는 최소 압력(Pcol_mini)의 한계 내에서, 상기 매니폴드 내의 압력을 상기 설정값의 수준으로 낮추기 위한 엔진 조정 수단을 포함한다.

본 발명의 추가 목적들, 특징들 및 이점들은 단지 비제한적인 예로서 주어지고 첨부된 도면들을 참조하여 이루어진 다음의 설명을 읽으면 명백해질 것이다.
도 1, 도 2 및 도 3은 이미 언급되었으며, 각각 통상적인 밀러 또는 앳킨슨 사이클에 따른, 4행정 내연 엔진의 실린더의 압력-부피 다이어그램들을 보여준다;
도 4는 본 발명에 따른 캐니스터 퍼지 제어 시스템이 장착된 자동차의 내연 기관 구조의 예를 매우 개략적으로 보여준다;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐니스터 퍼징 방법의 흐름도를 보여준다.

도 4에 도시된 예에서, 내연 엔진(10)은 3개의 인라인 실린더들(12), 신선한 공기 흡기 매니폴드(14), 배기 매니폴드(16), 터보압축 시스템(18), 흡기 밸브들(51)과 배기 밸브들(52)을 위한 가변 밸브 타이밍 시스템(variable valve timing system)(50)을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.

상기 실린더들(12)에는 흡기 매니폴드(14) 또는 분배기를 통해 공기가 공급되고, 상기 흡기 매니폴드(14) 자체에는 공기 필터(22) 및 엔진(10)의 터보차저(turbocharger)(18)가 장착된 파이프(20)에 의해 공기가 공급된다.

상기 터보차저(18)는 본질적으로 배기 가스에 의해 구동되는 터빈(18a)과, 상기 엔진(10)의 실린더들(12) 내부로 유입되는 공기의 양(질량 유량)을 증가시킬 목적으로, 상기 터빈(18a)과 동일한 축 또는 샤프트에 장착되고 공기 필터(22)에 의해 분배되는 공기의 압축을 보장하는 압축기(18b)를 포함한다.

상기 내연 엔진(10)은 흡기 회로(Ca)와 배기 회로(Ce)를 포함한다.

상기 흡기 회로(Ca)는 공기 흐름의 방향으로 상류로부터 하류로:

- 상기 공기 필터(22) 또는 공기 박스;

- 상기 엔진(10)으로 들어가는 공기 유량의 실제 값을 측정하기 위해 상기 공기 필터(22) 하류의 흡기 덕트(20) 내에 위치한 유량계(26);

- 공기 흡입 밸브(28);

- 상기 터보차저(18)의 압축기(18b);

- 상기 엔진 내의 스로틀 바디(throttle body)(30) 또는 가스 흡입 밸브;

- 상기 압축기(18b)에서 압축된 후 신선한 공기와 재순환 가스들의 혼합물에 해당하는 흡입 가스들을 냉각시키도록 구성된 열 교환기(32);

- 상기 흡기 매니폴드(14)의 압력과 온도를 측정하기 위한 압력 및 온도 센서들(33); 및

- 상기 흡기 매니폴드(14);를 포함한다.

상기 압축기는, 예를 들어, 차량 운전자가 갑자기 가속 페달에서 발을 떼는 경우에, 압축기(18b)와 스로틀 바디(30) 사이에 압축된 공기가 흘러서 압축기(18b)를 손상시키는 것을 방지하기 위해, 상기 스로틀 바디(30)가 갑작스럽게 폐쇄되는 경우에 개방되는 흡기 릴리프 밸브(intake relief valve)(55)가 장착된 바이패스 회로와 연관된다.

상기 배기 회로(Ce)는 연소 가스들 흐름 방향으로 상류로부터 하류로:

- 상기 배기 매니폴드(16);

- 상기 터보차저(18)의 터빈(18a); 및

- 엔진 연소 가스들을 정화하기 위한 시스템(40);을 포함한다.

상기 배기 매니폴드(16)는 연소에 의해 생성된 배기 가스들을 수집하고, 이를 상기 터보차저(18)의 터빈(18a)으로 개방된 배기 가스 덕트(34)를 통해, 그리고 터빈(18a)의 하류에 장착된 배기 라인(36)을 통해 외부로 배출한다.

상기 엔진(10)은 흡기부(intake)에 부분 배기 가스 재순환(소위 EGR) 회로(38)를 더 포함한다.

상기 회로(38)는 여기에서 저압 배기 가스 재순환 회로이, 소위 "LP EGR"이다. 상기 회로(38)는 상기 터빈(18a)의 하류에서, 특히 가스 오염 제어 시스템(40)의 하류에서 상기 배기 라인(36)에 연결되고, 상기 터보차저(18)의 압축기(18b)의 상류에서, 특히 유량계(26)의 하류에서, 신선한 공기 공급 라인(20)을 향해 배기 가스를 복귀시킨다. 상기 유량계(26)는 신선한 공기 유량만을 측정한다.

도시된 바와 같이, 상기 재순환 회로(38)는, 재순환 가스의 흐름 방향으로, 냉각기(38a), 필터(38b), 및 저압 배기 가스들의 유량을 조절하도록 구성된 "LP EGR V" 밸브(38c)를 포함한다. 상기 "LP EGR V" 밸브(38c)는 상기 냉각기(38a)와 필터(38b)의 하류에 그리고 상기 압축기(18b)의 상류에 배치된다.

상기 공기 흡입 밸브(28)는 배기 회로와 흡기 회로 사이의 진공이 불충분한 경우에 저압 배기 가스의 유량을 LP EGR 회로로 강제 순환시키는 데에도 사용될 수 있다는 점에 유의한다. 이 경우, 상기 밸브(28)를 폐쇄하면, 하류에 진공이 생성되어 LP EGR 회로로부터 가스들을 흡입할 수 있다.

상기 엔진은, 예를 들어, 연료 탱크(미도시)로부터 각각의 실린더 내부로 가솔린을 직접 분사하는 연료 분사기들(미도시)을 포함하는 연료 회로와 연관되어 있다.

또한, 상기 엔진은 전자 제어 유닛(70)을 포함하며, 이는 상이한 엔진 위치들에서 센서들에 의해 수집된 데이터에 기초하여 상기 내연 엔진의 다양한 구성요소들을 제어하도록 구성된다.

상기 전자 제어 유닛(70)은 계산 모듈(72), 측정 모듈(73) 및 제어 모듈(74)을 포함한다.

불꽃 점화 엔진에서, 엔진 속도/부하 작동점(operating point)은 특히 공기의 양, LP EGR 재순환 가스의 양 및 연료의 양을 조절함으로써 엔진 컴퓨터(70)에 의해 설정된다. 여기에서 "양(quantity)"은 질량 유량(mass flow rate)을 의미하는 것으로 이해된다.

상기 공기 유량과 LP EGR 재순환 가스 유량은 스로틀 바디(30)의 위치와 터보차저(18)의 터보차징 압력을 조절함으로써 엔진 컴퓨터(70)에 의해 상기 설정값으로 설정될 수 있으며, 이는 한편으로는 엔진 내의 전체 가스 유량을 제어하고, 다른 한편으로는 재순환 회로(38)의 "LP EGR V" 밸브(38c)의 전체 가스 유량을 제어한다. 상기 엔진이 배기 가스 재순환 없이 상기 작동점에 있는 경우, 공기 유량은 스로틀 바디를 조절함으로써 직접 얻어진다.

상기 엔진(10)은 상기 캐니스터(60)로부터 연료 증기를 퍼징하기 위한 수동적 회로(passive circuit)(62)를 포함하며, 이 수동적 회로(62)에는 솔레노이드 밸브(61)가 장착되고, 이 수동적 회로(62)는 스로틀 바디(30)의 하류에 위치한 흡기 회로(Ca) 내의 한 지점에서 개방된다.

상기 캐니스터(60)를 퍼징하기 위한 상기 솔레노이드 밸브(61)는 캐니스터(60)와 출구 지점 사이의 퍼징 회로(62) 상에 위치한다. 상기 컴퓨터(70)에 의해 제어되는 상기 솔레노이드 밸브(61)는 캐니스터(60) 내에 수용된 연료 증기의 재활용을 허용한다.

상기 컴퓨터(70)는, 퍼지가 필요한 경우에, 캐니스터(60)의 충전 레벨을 결정하고 솔레노이드 밸브(61)의 개방을 제어할 수 있으며 이러한 성향이 있다. 예를 들어, 상기 캐니스터(60)의 충전 레벨은, 퍼지를 강제로 시작함으로써 폐쇄 루프 내 공기-연료 혼합물의 농후도를 농후도 1로 조절할 때, 상기 연료 분사기들에 의해 분사될 연료 유량을 분석함으로써 결정될 수 있다.

도 5를 참조하여, 흡기부에서 EGR 유량을 재사용하는 자동차의 내연 엔진의 캐니스터(60)를 퍼징하기 위한 방법(80)이 이제 설명될 것이다.

이러한 방법은 특히 다양한 엔진 센서들에 의해 전달된 측정값들에 기초하여 다양한 엔진 구성요소들을 제어함으로써 컴퓨터(70)에 의해 구현된다.

상기 방법(80)은 캐니스터(60)의 퍼징에 대한 임의의 제약 없이 상기 엔진(10)의 작동에 대응되는 공칭 작동의 예비 단계(81)를 포함한다. 상기 엔진(10)은 사용자가 가속 페달을 밟는 것에 따라 결정되는 차량 가속 설정값에 대응되는 토크 설정값에 따라 주어지는 엔진 속도-부하 작동점에서 작동하며, 상기 컴퓨터(70)는 이러한 가속을 달성하기 위해 얻어질 엔진 토크 설정값(C)을 정의한다. 상기 엔진 토크 설정값(C)으로부터, 상기 컴퓨터(70)는 공기 유량 설정값, 연료 유량 설정값, EGR 유량 설정값, 및 가변 밸브 타이밍 설정값(50)을 결정한다.

상기 컴퓨터(70)는 차량 연료 소비를 최소화하도록 설계되고 캐니스터 퍼징 필요성을 고려하지 않는 이러한 설정을 달성하기 위해 다양한 엔진 액추에이터들(10)을 조정한다. 예를 들어, 상기 컴퓨터(70)는 엔진 내 전체 가스 유량(Qmot)을 설정하기 위해 스로틀 바디(30)의 개방의 정도와 밸브들(50)의 위치를 조절하고, EGR 가스 유량(Qegr)을 설정하기 위해 "LP EGR V" 밸브(38c)의 개방의 정도를 조절하며, 상기 공기 유량(Qair)는 다음 방정식을 사용하여 얻어진다:

Qair = Qmot - Qegr (1)

다음 단계(82) 중에, 상기 컴퓨터(70)는 캐니스터를 퍼지할 필요성을 검출한다. 상기 캐니스터가 퍼지될 필요성이 있을 때, 상기 컴퓨터(70)는 캐니스터의 포화를 방지하고 연료가 외부 대기로 누출되는 것을 방지하기 위해 배기될 증기들의 유량(Qp)을 결정한다(단계 83).

다음 단계(84) 중에, 상기 컴퓨터(70)는, 흡기 매니폴드 내에서 초과되어서는 안 되며 단계(83)에서 결정된 퍼지 유량(Qp)을 얻기에 충분한 압력 설정값(Pp)을 계산한다. 상기 컴퓨터(70)는 메모리 내에 포함된 미리 프로그래밍된 맵들을 사용하며, 이는 흡기 매니폴드 내의 압력(Pcol), 대기압(Pext) 및 퍼지 유량(Qp)을 연결한다. 이 모델을 재사용함으로써, 상기 컴퓨터(70)는 퍼지 유량 설정값(Qp)과 대기(Pext)에 따라 압력 설정값(Pp)을 결정할 수 있다.

다음의 테스트 단계(85) 중에, 흡기 매니폴드(Pcol)에서 측정된 압력(Pcol)이 이전 단계에서 결정된 압력 설정값(Pp)보다 작거나 동일한지 여부가 확인된다. 이러한 경우, 연료 증기들은 추가 개입이 필요 없이 캐니스터로부터 자연스럽게 배출되고, 상기 방법은 공칭 작동 단계(81)로 되돌아간다. 상기 흡기 매니폴드에서 측정된 압력(Pcol)이 압력 설정값(Pp)을 초과하는 경우, 상기 캐니스터가 퍼지될 수 있도록 흡기 매니폴드 내의 압력이 낮아져야 한다.

상기 방법은 항상 엔진 토크 설정값(C)에 도달하는 데 우선순위를 두고, 캐니스터 퍼징을 고려하여, 상기 매니폴드 내의 압력을 엔진 토크(C)를 보장하는 데 필요한 흡기 매니폴드 내의 최소 압력 아래로 낮추기 위해 엔진을 조정하지 않는다는 점에 유의해야 한다. 이를 위해, 상기 컴퓨터(70)는 엔진 토크 설정값(C)을 보장하기 위해 요구되는 흡기 매니폴드 내의 최소 압력을 결정한다(단계 86). 상기 컴퓨터(70)는 엔진 토크 설정값(C)을 충족시키는 데 요구되는 흡입 매니폴드 내의 최소 압력을 결정하기 위해 메모리에 저장된 미리 프로그래밍된 엔진 공기 충전 모델을 사용한다. 상기 엔진에 들어가는 전체 가스 유량(Qmot)은, 압력 및 온도 센서들(33)에 의해 측정될 수 있는 흡기 매니폴드 내의 압력(Pcol) 및 온도(Tcol)의 값들과 충전 효율 값으로부터 상기 충전 모델을 사용하여 결정될 수 있다. 용어 "충전(filling)"은 실린더들 내에 흡입된 공기의 질량과 실린더들의 전체 부피만을 고려하여 흡입되었을 수 있는 공기의 질량 사이의 비율과 동일한 것으로 정의된다. 충전 공식은 다음 방정식으로 표현된다:

여기에서:

는 무차원 부피 효율을 나타내며;

Qmot는 실제로 들어가는 전체 질량 유량을 kg/s 단위로 나타내며;

N은 엔진 속도를 rpm 단위로 나타내며;

실린더 용량은 엔진의 입방 용량(cubic capacity)을 m³ 단위로 나타내며;

Pcol은 흡기 매니폴드 내의 압력을 Pa 단위로 나타내며;

Tcol은 흡기 매니폴드 내의 온도를 K 단위로 나타내며;

R은 대략 287.058 J/(kg×K)와 동일한 공기의 질량당 이상 기체 상수를 나타낸다.

모든 경우에 있어서, 효율 값()은 엔진 속도(N)와 흡기 매니폴드 내의 압력(Plcol)에 따라 달라진다. 엔진에, 특히 흡기부에, 가변 밸브 타이밍 시스템이 장착된 경우, 상기 효율()도 밸브들의 위치에 따라 달라진다.

상기 방정식(2)은, 특히 밸브 타이밍에 따라 몇몇의 가능한 값들을 가질 수 있는 부피 효율 값을 통해, 흡기 매니폴드 내의 가능한 압력 값을 전체 질량 유량 값에 연결한다. 상기 컴퓨터(70)는, EGR 유량이 0이고 상기 밸브 타이밍 시스템(50)의 위치가 실린더들(12)의 최대 충전을 보장하는 경우, 요구되는 엔진 토크(C)에 대응되는 공기 유량(Qmot)을 보장하는 복수의 가능한 값들로부터 흡기 매니폴드 내의 최소 압력 값(Pcol_mini)을 식별한다.

단계(87) 중에, 상기 컴퓨터(70)는 Pcol_mini의 값을 압력 설정값(Pp)과 비교한다.

엔진 토크 설정값(C) 도달을 보장하는 흡기 매니폴드 내의 최소 압력값(Pcol_mini)이 압력 설정값(Pp)보다 높은 경우, 이는 컴퓨터(70)가 엔진 토크 설정값(C)을 준수하면서 퍼지를 수행할 수 없음을 의미한다. 이 경우, 엔진 토크 설정값(C)을 보장하는 것에 우선 순위가 주어지며; 상기 방법은 공칭 작동의 단계(81)로 되돌아가고, 퍼지는 엔진 토크 설정값이 감소한 때 이후 이후 단계에서 수행된다.

최소 압력 값(Pcol_mini)이 압력 설정값(Pp)보다 작거나 동일한 경우, 상기 컴퓨터(70)는 흡기 매니폴드 내의 원하는 압력에 도달할 때까지 EGR 비율을 감소시키는 것부터 시작하여 조정 단계(88)를 시작한다. 이는, 예를 들어, 공기 유량 설정값(Qair)을 유지하면서 EGR 유량 설정값을 점진적으로 낮춤으로써 달성될 수 있다. 이는 요구되는 더 낮은 EGR 유량을 얻기 위해 EGR 밸브(38c)의 점진적인 폐쇄를 초래하며, 동시에 더 낮은 EGR 유량 설정값으로 인해 더 낮아지는 전체 엔진 유량 설정값(Qmot)을 얻기 위해 스로틀 바디(30)를 점진적으로 폐쇄하는 결과를 가져온다.

이 단계 중에, 상기 컴퓨터는 밸브 타이밍 시스템(50)의 위치를 수정하지 않는다. 이러한 스로틀 바디(30)의 점진적인 폐쇄는 흡기 매니폴드 내의 압력(Pcol)의 저하를 동반한다. 상기 컴퓨터(70)는 캐니스터(60)의 수동적 퍼징(passive purging)을 허용하는 매니폴드 내의 압력 값(Pp)에 도달할 때까지 계속적으로 EGR 유량 설정값을 점진적으로 낮춘다.

일반적으로 EGR 유량을 낮추는 것만으로도 캐니스터를 퍼지하기에 충분하다. 그러나, 이것이 충분하지 않은 경우, 예를 들어 EGR 유량이 0일 때 압력(Pcol)이 값(Pp)에 도달하지 않거나, 또는 EGR 유량이 최소 임계값에 도달한 때, 상기 컴퓨터(70)는 밸브 타이밍 시스템(50)을 밀러(Miller) 또는 앳킨슨(Atkinson) 사이클 엔진 작동으로부터 떠나서 통상적인 사이클 작동으로 향하도록 제어한다. 예를 들어, 공칭 밀러 사이클 설정에서 작동하는 엔진에서, 상기 컴퓨터(70)는 하사점 이전보다 나중에 흡기 밸브들(51)을 폐쇄할 수 있으며 동시에 엔진으로 들어가는 가스 유량(Qmot)을 수정하지 않도록 스로틀 바디(30)를 더 폐쇄할 수 있다. 예를 들어, 공칭 앳킨슨 사이클 설정에서 작동하는 엔진에서, 상기 컴퓨터(70)는 하사점 이후보다 일찍 흡기 밸브들(51)을 폐쇄할 수 있으며 동시에 엔진으로 들어가는 가스 유량(Qmot)을 수정하지 않도록 스로틀 바디를(30)를 더 폐쇄할 수 있다.

상기 방법(80)은 캐니스터(60)의 수동적 퍼징으로 종료된다.

Claims (7)

1. 흡기부(intake)에 적어도 하나의 배기 가스 재순환 시스템이 장착된 자동차의 내연 엔진의 캐니스터(canister)를 퍼징(purging)하는 방법으로서, 상기 방법은:
   - 퍼지에 대한 필요성을 검출하는 단계;
   - 퍼지 유량 설정값(Qp) 및 상기 유량(Qp)이 퍼지될 수 있도록 하는 압력 설정값(Pp)을 계산하는 단계;
   - 엔진 토크 설정값(C)을 보장하기 위한 흡기 매니폴드 내의 최소 압력(Pcol_mini)을 계산하는 단계;
   - 상기 엔진 토크(C) 도달을 보장하는 최소 압력(Pcol_mini)의 한계 내에서, 상기 매니폴드 내의 압력을 상기 설정값(Pp)의 수준으로 낮추도록 상기 엔진을 조정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 엔진은 통상적인 사이클에 따라 작동하는, 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 엔진은 비대칭 밀러(Miller) 또는 앳킨슨(Atkinson) 유형 사이클에 따라 작동하며, 상기 엔진에는 가변 밸브 타이밍 시스템(variable valve timing system)이 장착되는, 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 캐니스터의 충전 레벨(fill level)의 값이 미리 결정된 임계값에 도달한 때 상기 퍼지에 대한 필요성이 결정되는, 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 엔진 조정은 EGR 유량 설정값을 낮추는 것을 포함하는, 방법.
6. 제3항에 있어서,
   상기 엔진 조정은 상기 밸브 타이밍 시스템을 밀러 또는 앳킨슨 사이클 엔진 작동으로부터 통상적인 사이클 작동으로 제어하는 것을 포함하는, 방법.
7. 흡기부(intake)에 적어도 하나의 배기 가스 재순환 시스템이 장착된 자동차의 내연 엔진의 캐니스터(canister)의 퍼징(purging)을 제어하는 시스템으로서, 상기 시스템은 상기 캐니스터를 퍼지할 필요성을 검출하기 위한 수단, 퍼지 유량 설정값(Qp) 및 압력 설정값(Pp)을 계산하기 위한 수단, 엔진 토크 설정값(C)을 보장하기 위해 흡기 매니폴드 내의 최소 압력(Pcol_mini)을 계산하기 위한 수단, 및 상기 엔진 토크(C) 도달을 보장하는 최소 압력(Pcol_mini)의 한계 내에서, 상기 매니폴드 내의 압력을 상기 설정값(Pp)의 수준으로 낮추기 위한 엔진 조정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.