KR20040098263A - 디젤 차량의 배기가스 재순환 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

디젤 차량의 배기가스 재순환 제어에서 배기측에 장착되는 람다 센서의 신호를 이용하여 EGR 피드백 제어를 수행하도록 하는 것으로,

본 발명은 엔진 시동이 유지되는 현재의 운전 조건을 검출하여 EGR 피드백 제어를 위한 목표 람다값을 설정하는 과정과; 상기 설정되는 목표 람다값을 구현하기 위한 람다값에 따른 EGR 제어 듀티비를 계산하여 설정하는 과정과; 람다 센서의 신호를 검출하여 상기 설정된 목표 람다값과 비교한 다음 그 차이로부터 목표 람다값을 추종하기 위한 피드백 제어 듀티비를 계산하는 과정 및; 상기 계산된 피드백 제어 듀티비로 EGR 밸브를 제어하여 배기가스 재순환을 조정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

디젤 차량의 배기가스 재순환 제어장치 및 방법{EXHAUST GAS RECIRCULATION CONTROL SYSTEM OF DIESEL VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 디젤 차량에서 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation ; 이하 'EGR' 이라 한다.) 제어에 관한 것으로, 더 상세하게는 배기측에 장착되는 람다(Lambda)센서의 신호를 이용하여 EGR 피드백 제어를 수행하도록 함으로써 배기가스의 안정성을 제공하도록 하는 디젤 차량의 배기가스 재순환 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 디젤 엔진에 적용하고 있는 배기가스 재순환 제어방법으로는 여러 가지가 있으나, 크게 나누어서 3가지 정도로 요약할 수 있다.

첫 번째는 EGR 밸브의 위치를 제어하는 방법으로, 이는 정해진 운전 영역에서 EGR 밸브의 제어 위치를 미리 결정하여 그 위치만큼을 제어할 수 있도록 하는 것으로, 사용하는 센서는 EGR 밸브 상면에 장착되는 EGR 밸브 리프트 센서(Lift Sensor)이며, 작동 유체는 엔진에서 발생된 부압을 사용하여 제어한다.

이와 같은 EGR 밸브의 위치를 제어하는 방법의 단점은 양산 차량간 정해진 운전 영역이 변할 경우나 부스트 압력과 배압이 변하게 되는 경우에 는 실제적인 EGR 플로우의 양이 심하게 변동되어 결과적으로는 배출가스의 편차를 유도할 수 있는 가능성이 있다.

두 번째로 EGR 밸브의 가상 위치를 제어하는 방법으로, 이는 EGR 밸브를 제어하는 듀티비를 이용하여 EGR 밸브의 가상 위치를 계산하고 이를 이용하여 자체 피드백 제어를 수행하는 방법이다.

이 방법 역시 결과적으로는 정해진 듀티비가 인가되어 EGR 밸브를 제어하는 방식이므로 첫 번째의 위치 제어 방법과 마찬가지로 차량간의 편차에 따른 EGR 플로우의 변동을 방지할 수 없는 단점이 있다.

세 번째로 에어 플로우 센서를 이용한 피드백 제어 방법으로, 현재 대부분의커먼 레일 디젤 양산 차량에 적용되고 있으며, 흡기에 장착된 에어 플로우 센서(Air Flow Sensor : AFS)에서 감지되는 공기량(EGR 플로우가 아닌 외부에서 유입되는 실제의 깨끗한 공기)을 이용하여 피드백 제어하는 방법이다.

이에 대하여 도 5를 참조하여 대략적으로 설명하면 다음과 같다.

도시되지 않은 엔진 제어수단은 현재 운전 상태에서의 엔진 회전수와 연료 분사량을 검출한 다음 이를 맵 테이블에 설정된 데이터와 비교하여 현재의 운전 조건에 대한 목표 공기량을 설정하고(S10), 흡기 매니폴더에 장착되어 있는 에어 플로우 센서(AFS)로부터 연소실로 유입되는 실제 공기량을 측정한다(S20).

이후, 냉각수의 온도, 차량에 미치는 각종 부하의 정도에 따른 보정치를 감안하여 EGR 제어값을 산출한 다음(S30) EGR 솔레노이드 밸브를 통해 개도율을 제어한다.

이때, 실제 공기량을 기준으로 하여 목표 공기량을 추종할 때까지 EGR 밸브를 열어주며, EGR 밸브의 제어에 관련되는 실제적인 작동 유체는 엔진에서 발생되는 부압이 사용된다.

이 방법은 각 운전 영역에 설정된 목표 공기량을 피드백 제어하므로 현재로서는 가장 정확한 방법으로 알려져 있으나, 위의 두가지 방법에서 지적한 바와 같이 운전 영역의 편차에 의한 효과와 에어 플로우 센서 자체의 단품 편차에 의하여 실제 EGR 플로우는 차량간 편차가 많이 발생되는 단점을 갖고 있다.

즉, 상기한 각 EGR 제어 방법을 사용하는 경우에 발생할 수 있는 문제점은 다음의 두가지로 요약할 수 있다.

첫 번째로, 차량간 각종 마찰 저항의 차이 및 출력 차이에 의하여 동일한 속도로 주행하는 경우라도 운전 영역(엔진 회전수 및 연료량)은 많은 차이를 나타내게 된다.

따라서, 운전 영역을 기준으로 설정된 목표 공기량은 동일 속도에서도 많은 차이를 나타내게 되며 이는 결과적으로 EGR 플로우의 차이를 야기시키게 되어 NOx를 감소시키는 장점도 있지만 매연을 증가시키게 되며, 과도한 EGR제어를 수행하는 경우에는 심각한 매연 품질 문제를 발생시킬 수 있다.

두 번째로, 현재 양산되고 에어 플로우 센서는 단품간 20%정도의 편차를 가지고 있기 때문에 필연적으로 20%정도의 EGR 플로우의 편차를 발생시키게 되며, 이는 양산 차량에서 매연 문제를 발생시킬 수도 있는 EGR 플로우가 형성될 수도 있다는 것을 의미하게 된다.

또한, 디젤 차량에서 배기가스의 안정화를 위해 고가의 산화 촉매장치 및 EGR 쿨러 장치를 적용함에 따라 제작원가의 상승을 제공하며, 이 역시 소비자의 부담으로 작용하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 양산 편차가 심한 에어 플로우 센서 대신에 배기측에 장착되어 배기가스에 포함되어 있는 산소의 농도를 검출하는 람다 센서의 신호를 이용하여 EGR 피드백 제어를 수행하도록 함으로써 배기가스의 안정성을 제공하도록한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 디젤 차량의 배기가스 재순환 제어장치에 대한 개략적인 구성 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 디젤 차량에서 배기가스 재순환 제어 수행에 대한 일 실시예의 흐름도.

도 3은 본 발명에 따른 디젤 차량에 적용되는 람다 센서의 흡입 공기량에 대비 출력 특성을 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 디젤 차량에 적용되는 람다 센서의 출력 전압 특성을 도시한 도면.

도 5는 종래의 디젤 차량에서 배기가스 재순환 제어 수행에 대한 일 실시예의 흐름도.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 엔진 회전수를 검출하는 수단과; 엔진의 부하 변동을 검출하는 수단과; 냉각수의 온도를 검출하는 수단과; 배기가스에 포함되어 있는 산소의 농도를 검출하는 람다 센서와; 배기가스 재순환량을 조정하는 EGR 밸브와; 엔진 회전수, 엔진 토크 및 각종 보정 변수를 감안하여 EGR 피드백 제어를 위한 목표 람다값을 설정하고, 상기 람다 센서로부터 검출되는 신호에 따라 배기가스에 포함되는 산소량이 목표 람다값을 추종하도록 상기 EGR 밸브를 듀티 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 엔진 시동이 유지되는 현재의 운전 조건을 검출하여 EGR 피드백 제어를 위한 목표 람다값을 설정하는 과정과; 상기 설정되는 목표 람다값을 구현하기 위한 람다값에 따른 EGR 제어 듀티비를 계산하여 설정하는 과정과; 람다 센서의 신호를 검출하여 상기 설정된 목표 람다값과 비교한 다음 그 차이로부터 목표 람다값을 추종하기 위한 피드백 제어 듀티비를 계산하는 과정 및; 상기 계산된 피드백 제어 듀티비로 EGR 밸브를 제어하여 배기가스 재순환을 조정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 디젤 차량의 배기가스 재순환 제어장치는 엔진 회전수 검출부(10)와 엔진 부하 검출부(20), 냉각수온 검출부(30), 람다 센서(40), 제어부(50) 및 EGR 밸브(60)로 이루어지는데, 엔진 회전수 검출부(10)는 크랭크 샤프트의 회전수로부터 현재의 엔진 회전수를 검출하여그에 대한 정보를 전압값으로 제어부(50)측에 인가한다.

엔진 부하 검출부(20)는 차량내의 공조 장치, 등화장치 등의 온/오프 선택, 파워 스티어링의 구동 등에 따라 변동되는 엔진의 부하 변동을 검출하여 그에 대한 정보를 전압값으로 제어부(50)측에 인가한다.

냉각수온 검출부(30)는 실린더 블록을 순환하는 냉각수의 온도를 검출하여 그에 대한 정보를 전압값으로 제어부(50)측에 인가한다.

람다 센서(40)는 배기측에 장착되어 배기가스에 포함되어 있는 산소의 농도를 검출하여 그에 대한 정보를 전압값으로 제어부(50)측에 인가한다.

상기의 람다 센서(40)는 첨부된 도 3에 도시된 바와 같이 흡입 공기량에 비례하는 출력 특성을 갖고 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같은 람다 1~4까지 고른 분포 및 직전성을 나타내며, 람다 5이상에서는 민감도가 떨어지는 출력특성을 갖고 있으나, 실제 디젤 차량의 EGR 영역에서는 람다 최대 4이내에 분포하므로 람다 센서를 통한 EGR의 피드백 제어에 문제점이 발생되지 않는다.

제어부(50)는 검출되는 엔진 회전수, 엔진 토크 및 각종 보정 변수를 감안하여 EGR 피드백 제어를 위한 목표 람다값을 설정하고, 상기 람다 센서(40)로부터 검출되는 신호에 따라 배기가스에 포함되는 산소량이 목표 람다값을 추종하도록 EGR 밸브를 제어한다.

EGR 밸브(60)는 상기 제어부(50)에서 인가되는 듀티 제어신호에 따라 구동되어 배기가스의 재순환량을 조정한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명에 따른 디젤 차량에서 배기가스 재순환 제어를 수행하는 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

디젤 차량의 엔진이 시동 온을 유지하게 되면 제어부(50)는 현재의 엔진 회전수, 엔진에 걸리는 부하의 정도, 냉각수의 온도, 엔진 토크 등에 대한 현재의 운전 상태를 검출하여(S101), 엔진 회전수 및 연료량에 따른 현재의 운전 영역에 대하여 EGR 제어를 위한 목표 람다값을 설정하고, 온도 조건 및 각종 부하 변동 조건에 따른 보정치를 설정한다(S102).

이후, 목표 람다값을 구현하기 위한 람다값의 변동에 따른 EGR 제어 듀티비를 계산하여 설정한다(S103).

상기와 같이 목표 람다값과 람다값의 변동에 따른 EGR 제어 듀티비가 결정된 상태에서 제어부(50)는 배기가스에 포함된 산소 농도를 검출하는 람다 센서(40)의 전압을 검출하여(S104), 상기 S102에서 설정한 목표 람다값과 비교한다(S105).

이때, 비교된 결과로부터 검출되는 차이값에 따라 목표 람다값을 추종하기 위한 피드백 EGR 듀티비를 계산하여(S106), 계산된 EGR 듀티비에 따라 EGR 솔레노이드 밸브(60)를 제어하여 준다(S107).

상기한 바와 같이 EGR 듀티비에 따라 EGR 솔레노이드 밸브(60)가 조정되는 동작은 각각의 운전 영역에 대하여 상기와 같은 동작에 의하여 목표 람다값이 검출되며, 람다 센서(40)로부터 피드백 검출되는 전압값에 따라 반복된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 디젤 차량에서 람다 센서를 이용한 EGR 피드백 제어로 배기가스의 편차를 저감하며, 이에 따라 오버 디자인되는 부품을 삭제할 수 있어 원가 절감이 제공된다.

또한, 디젤 차량의 고질적인 품질 문제로 지적되고 있는 매연 배출에 있어서도 EGR 제어를 정밀하게 수행함으로서 배기가스의 안정화로 차량의 신뢰성을 제공한다.

Claims (2)

1. 엔진 회전수를 검출하는 수단과;

   엔진의 부하 변동을 검출하는 수단과;

   냉각수의 온도를 검출하는 수단과;

   배기가스에 포함되어 있는 산소의 농도를 검출하는 람다 센서와;

   배기가스 재순환량을 조정하는 EGR 밸브와;

   엔진 회전수, 엔진 토크 및 각종 보정 변수를 감안하여 EGR 피드백 제어를 위한 목표 람다값을 설정하고, 상기 람다 센서로부터 검출되는 신호에 따라 배기가스에 포함되는 산소량이 목표 람다값을 추종하도록 상기 EGR 밸브를 듀티 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 배기가스 재순환 제어장치.
2. 엔진 시동이 유지되는 현재의 운전 조건을 검출하여 EGR 피드백 제어를 위한 목표 람다값을 설정하는 과정과;

   상기 설정되는 목표 람다값을 구현하기 위한 람다값에 따른 EGR 제어 듀티비를 계산하여 설정하는 과정과;

   람다 센서의 신호를 검출하여 상기 설정된 목표 람다값과 비교한 다음 그 차이로부터 목표 람다값을 추종하기 위한 피드백 제어 듀티비를 계산하는 과정 및;

   상기 계산된 피드백 제어 듀티비로 EGR 밸브를 제어하여 배기가스 재순환을 조정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 배기가스 재순환 제어방법.