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KR101231325B1 - 로우 프레셔 이지알 시스템 및 그를 통한 흡기계 누설 감지 방법 - Google Patents

로우 프레셔 이지알 시스템 및 그를 통한 흡기계 누설 감지 방법 Download PDF

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KR101231325B1
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Abstract

본 발명은 흡기누설을 측정하고 및 판단하기 위한 흡기누설 감지방법을 LPEGR 시스템에 적용하여, 흡기계의 누설을 조기진단하고 판단하여, 운전자에게 정비가 필요함을 알림으로서, LPEGR이 장착된 터보차져 및 엔진을 보호하며, 특히 누설위치에 따라 누설 유형이 다름을 고려하여 서로 다른 해결로직을 제시하고자 한다. 엔진 흡기계에 누설이 발생되면 터보챠저 전단에서 측정되는 공기량과 엔지에 흡입되는 공기량의 차이가 발생하게 되어 공연비가 차이가 나고, 이 공연비와 배기 람다값의 차이를 비교하여 기 지정된 값 이상의 차이가 발생하면 흡기 누설로 판단하고, 정비가 필요함을 운전자에게 알리며 특히, 누설위치에 따라 누설 유형이 다름을 고려하여 서로 다른 로직을 적용하여 판단한다. 누설유형 별로 누설이 확정되게 되면, 누설사실을 운전자에게 시각신호나 청각신호로 경고하거나, EGR의 작동을 중지하거나 통제하거나, 엔진 토크리미티를 작동시켜 터보챠져 및 엔진의 손상을 방지한다.

Description

로우 프레셔 이지알 시스템 및 그를 통한 흡기계 누설 감지 방법{Low pressure EGR system and the Method for determination of intake air leakage therefor}
본 발명은 Low Pressure EGR(이하 LPEGR)이 장착된 디젤 자동차에서 흡기계 누설로 인해 PM(Particulate Matters)이 과다 발생되어 DPF(Diesel Particulate Filter)에 과다 퇴적되면서 DPF가 파손되고, 그 중 일부가 LPEGR 시스템으로 유입되어 터보차져(Turbo Charger) 및 엔진의 고장이 야기되는 것을 방지하기 위한 흡기계 누설감지 방법에 관한 것이다.
최근 강화되고 있는 환경규제에 따라 자동차로부터 배출되는 오염물질 저감은 세계 각국의 자동차 업계의 최대의 주요 연구개발 목표이다. 자동차 배출가스 중 HC, CO 및 매연 등은 연소의 개선 및 후처리 등으로 그 저감대책이 비교적 용이하나, 질소산화물의 저감기술은 연소와 연비에 미치는 악영향으로 인하여 개발에 어려움을 겪고 있다.이러한 질소산화물의 저감기술의 하나로서 사용되고 있는 배출가스 재순환장치인 EGR(Exhaust Gas Recirculation)은 질소 산화물의 저감을 위해 저렴하면서도 효과적인 방법 중의 하나로서 이미 실용화되어 사용되고 있다. 이는 배기가스의 CO2나 H2O 등이 흡기의 일부와 치환되어 혼입됨으로써 혼합기의 열용량이 증대되어 실린더 내 연소가스 온도상승을 억제하고, 공기 과잉률을 낮추어 Thermal NOx 생성을 억제함으로써 전체 NOx 발생량을 줄인다. 또한, 흡기의 일부가 산소농도가 낮은 배기가스로 치환되므로 연소실내 산소가 감소하기 때문에 NOx의 생성이 억제된다. 특히, NOx 규제강화 대응을 위해 개발된 LPEGR은 뛰어난 NOx 저감 효과로 최근에는 연비개선을 위해 적극적으로 검토되고 있는데, 종래기술은 흡기누설로 인해 DPF에 과다 PM이 누적되어, DPF 파손이 발생하더라도 엔진쪽으로 흡입되지 않아 엔진 고장이 발생하지 않았으나, LPEGR에서는 DPF 파손으로 인해 그 파편이 엔진 쪽으로 흡입되어 터보챠저 및 엔진 고장이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 흡기누설을 측정하고 및 판단하기 위한 흡기누설 감지방법을 LPEGR 시스템에 적용하여, 흡기계의 누설을 조기진단하고 판단하여, 운전자에게 정비가 필요함을 알림으로서, LPEGR이 장착된 터보차져 및 엔진을 보호하며, 특히 누설위치에 따라 누설 유형이 다름을 고려하여 서로 다른 해결로직을 제시하고자 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진 흡기계에 누설이 발생되면 터보챠저 전단에서 측정되는 공기량과 엔지에 흡입되는 공기량의 차이가 발생하게되어 공연비가 차이가 나고, 이 공연비와 배기 람다값의 차이를 비교하여 지정값 이상의 차이가 발생하면 흡기 누설로 판단하고, 정비가 필요함을 운전자에게 알리며 특히, 누설위치에 따라 누설 유형이 다름을 고려하여 서로 다른 로직을 적용하여 판단한다.
본 발명은 흡기누설량(Leak_Air)이 작은 경우에도 이를 무시하지 않고, 일정시간 동안 합산한 흡기누설량이 문제되는지를 고려하고, 누설의 발생여부 뿐만 아니라, 지속적으로 누설되는지까지 고려하여 판단하는 방법을 제시함으로서, 흡기계에 어떠한 고장이 발생하더라도 이를 조기에 진단하고 적절한 조치를 취함으로서, LPEGR 시스템의 신뢰성을 보장하고, 차량연비개선에 수반되는 NOx 문제를 해결하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이지알 시스템을 장착한 디젤 엔진.
도 2는 본 발명에 의한 로우 프레셔 이지알 시스템을 장착한 디젤 엔진에서의 흡기계 누설 감지 방법을 도시한 순서도.
LPEGR(60)이 장착된 터보차져 및 엔진시스템에서 흡기계의 누설 유형은 두 가지로 분류된다. 첫째, 흡기계 호스가 인테이크 매니폴드 혹은 인터쿨러로부터 탈거되는 경우와 둘째, 인터쿨러에 작은 홀(hole)이 발생하는 경우이다. 전자의 경우는 누설량이 매우 크며, 후자의 경우는 누설량이 상대적으로 미세한데, 본 발명은 두 가지 누설 유형에 따른 물리적 현상에 각각 적합한 판단로직을 제공한다.
도 1은 이지알 시스템을 장착한 디젤 엔진의 개략도로서, 디젤엔진(10)의 배기매니폴드에 터보챠저(20)와, 상기 터보챠저(20)의 하류에는 람다센서(30)와 배출가스 정화장치로 DOC(40),DPF(50)과 연결되어 NOx와 입자상물질(PM)을 정화하며, 정화된 배출가스는 기존의 HPEGR(70)외에도 LPEGR(60)을 경유해 흡기매니폴드로 연결되며, 이 과정 중에 DPF(50) 파손으로 인한 파편이 과급 공기와 함께 엔진 쪽으로 흡입되어 터보챠저(20) 및 엔진(10) 고장이 발생할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로우 프레셔 이지알 시스템을 장착한 디젤 엔진에서의 흡기계 누설 감지 방법을 도시하는 순서도이다.
먼저, 누설여부를 인식하기 위해서는 흡기누설량(Leak_Air)을 측정한다(S10). 흡기누설량(Leak_Air)은 공연비÷배기 람다값으로부터 구해지는데, 이때 배기 람다값은 람다센서(30)의 측정값을 의미하여, 공연비는 엔진흡입공기량÷인젝션 연료량×이론공연비로부터 구해진다. 한편, 배기 람다값은 터보챠져(20) 후단에 장착된 람다센서(30)에서 측정된다.
인터쿨러에 작은 홀(hole)에 의해 흡기누설이 발생했는지, 흡기계 탈거에 의한 흡기누설이 발생했는지는 흡기누설 판단값(Leak_Air_Det)과의 비교에 의해 결정된다(S12). 즉, 흡기누설량(Leak_Air)이 흡기누설 판단값(Leak_Air_Det)보다 작은 경우는 인터쿨러에 작은 홀(hole)에 의해 흡기누설이 발생한 것으로 보고, 흡기누설량(Leak_Air)이 흡기누설 판단값(Leak_Air_Det)보다 크거나 같은 경우는 흡기계 탈거로 흡기누설이 발생한 것으로 본다.
인터쿨러에 작은 홀(hole)에 의해 흡기누설이 발생한 경우, 흡기계 호스가 탈거된 경우와 다르게 즉각적인 감지가 어렵기때문에 일정적분시간 동안 누설되는 양을 적분하여 흡기누설량적분값(Leak_Air_Accu)을 계산한다(S14). 그리고, S16 단계에서 흡기누설량적분값(Leak_Air_Accu)이 흡기누설적분판단값(Leak_Air_Inter)보다 크면 누설을 확정한다(S18). 즉, 흡기누설량(Leak_Air)이 작은 경우에도 이를 무시하지 않고, 일정시간 동안 합산한 흡기누설량이 문제되는지를 추가적으로 고려하여 누설을 판단한다.
한편 S12 단계에서 흡기누설량(Leak_Air)과 흡기누설 판단(Leak_Air_Det)값을 비교하여 흡기누설량(Leak_Air)이 정해진 흡기누설 판단값(Leak_Air_Det)보다 크거나 같으면 누설이 일단 발생한 것으로 인식한다. 그러면, S22 단계에서 누설발생시간을 측정한 누설인식시간(Leak_Air_Dur)이 구해지고, S24 단계에서 누설인식시간(Leak_Air_Dur)과 흡기누설판단시간(Leak_Air_Time)을 비교하여 누설인식시간(Leak_Air_Dur)이 흡기누설판단시간(Leak_Air_Time)보다 크면 누설이 지속되고 있음을 확정한다(S26).
즉, 흡기누설량(Leak_Air) > 흡기누설 판단값(Leak_Air_Det)을 통해 누설을 인식하며, 누설인식시간(Leak_Air_Dur) > 흡기누설판단시간(Leak_Air_Time)이면 누설을 확정함으로서 누설의 발생뿐만 아니라, 지속적으로 누설되는지까지 추가적으로 고려하여 누설을 판단한다. 이러한 누설에 대한 판단은 흡기누설량(Leak_Air)과 흡기누설 판단값(Leak_Air_Det)의 비교에 따라 서로 독립적으로도 사용될 수 있다.
상기 S18 및 S26 단계에서 각각의 누설유형 별로 누설이 확정되게 되면, S28 단계에서 흡기누설에 대한 조치단계로서 누설사실을 운전자에게 경고등(MIL)과 같은 시각신호나 청각신호로 알리거나, EGR의 작동을 중지하거나 통제하거나, 엔진 토크리미티를 작동시키며, 상기 조치들을 서로 조합하여 작동시킴으로서 터보챠져 및 엔진의 손상을 방지한다.
디젤엔진: 10
터보챠저: 20
람다센서: 30
DOC: 40
DPF: 50
LPEGR : 60
HPEGR : 70

Claims (9)

  1. 엔진의 공연비에 터보챠저 후단부에서 측정한 배기 람다값을 나누어 흡기누설량(Leak_Air)을 측정하는 제1단계;
    흡기누설량(Leak_Air)과 흡기누설 판단값(Leak_Air_Det)을 비교하여 흡기누설량이 큰 경우 흡기누설을 판단하고, 상기 흡기누설량(Leak_Air)이 상기 흡기누설 판단값(Leak_Air_Det)보다 작으면 일정적분시간 동안의 흡기누설량적분값(Leak_Air_Accu)을 계산한 후, 상기 흡기누설량적분값(Leak_Air_Accu)이 흡기누설적분 판단값(Leak_Air_Inter)보다 큰 경우에 흡기 누설을 확정하는 제2단계; 및
    흡기누설이 확정되면 흡기누설에 대한 조치를 취하는 제3단계를 포함한 것을 특징으로 하는 로우 프레셔 이지알 시스템의 흡기계 누설 감지 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진의 공연비는 엔진흡입공기량÷인젝션 연료량×이론공연비로 계산하는 것을 특징으로 하는 로우 프레셔 이지알 시스템의 흡기계 누설 감지 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 제3단계는
    상기 흡기누설이 확정되면 흡기누설에 대한 조치로 누설사실을 운전자에게 경고하기 위해 경고등(MIL)을 작동하는 것을 특징으로 하는 로우 프레셔 이지알 시스템을 장착한 디젤 엔진에서의 흡기계 누설 감지 방법.
  4. 청구항 2에 있어서, 제3단계는
    상기 흡기누설이 확정되면 흡기누설에 대한 조치는 누설사실을 운전자에게 경고하기 위해 경고등(MIL)을 작동하고, 이지알(EGR)의 작동을 중지하는 것을 특징으로 하는 로우 프레셔 이지알 시스템의 흡기계 누설 감지 방법.
  5. 청구항 2에 있어서, 제3단계는
    상기 흡기누설이 확정되면 흡기누설에 대한 조치는 누설사실을 운전자에게 경고하기 위해 경고등(MIL)을 작동하고, 이지알(EGR)의 작동을 중지하고, 엔진 토크리미트를 작동시키는 것을 특징으로 하는 로우 프레셔 이지알 시스템의 흡기계 누설 감지 방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 3 내지 청구항5 중 어느 한항에 있어서, 상기 제2단계는
    상기 흡기누설량(Leak_Air)이 상기 흡기누설 판단값(Leak_Air_Det)보다 크거나 같으면, 누설인식시간(Leak_Air_Dur)과 흡기누설판단시간(Leak_Air_Time)을 비교를 하여 누설인식시간(Leak_Air_Dur)이 흡기누설판단시간(Leak_Air_Time)보다 큰 경우에 누설을 확정하는 것을 특징으로 하는 로우 프레셔 이지알 시스템의 흡기계 누설 감지 방법.
  8. 청구항 3 내지 청구항5 중 어느 한항에 있어서, 상기 제2단계는
    상기 흡기누설량(Leak_Air)이 상기 흡기누설 판단값(Leak_Air_Det)보다 작으면 일정적분시간 동안의 흡기누설량적분값(Leak_Air_Accu)을 계산한 후, 상기 흡기누설량적분값(Leak_Air_Accu)이 흡기누설적분 판단값(Leak_Air_Inter)보다 큰 경우에 누설을 확정하고,
    상기 흡기누설량(Leak_Air)이 상기 흡기누설 판단값(Leak_Air_Det)보다 크거나 같으면, 누설인식시간(Leak_Air_Dur)과 흡기누설판단시간(Leak_Air_Time)을 비교하여, 누설인식시간(Leak_Air_Dur)이 흡기누설판단시간(Leak_Air_Time)보다 큰 경우에 누설을 확정하는 것을 특징으로 하는 로우 프레셔 이지알 시스템의 흡기계 누설 감지 방법.
  9. 디젤엔진(10)의 배기매니폴드에 터보챠저(20)와, 상기 터보챠저(20)의 하류에는 람다센서(30), 상기 터보챠저의 하류에는 배출가스 정화장치로 DOC(40), DPF(50)가 연결되어 순차적으로 정화되도록 구성되고, 상기 배출가스는 터보챠저 전단부의 하이 프레셔 이지알(HPEGR)로부터 흡기매니폴드로 합지될 뿐 아니라, 터보챠저 후단부의 로우 프레셔 이지알(LPEGR)을 경유해 흡기매니폴드로 합지되는 디젤엔진 이지알 시스템에 있어서,
    상기 터보챠저의 하류에 설치된 람다센서에 의한 람다값을 근거로 흡기누설량(Leak_Air)을 계산하여, 미리 설정된 흡기누설 판단값(Leak_Air_Det)과 비교하여 흡기누설을 판단하며, 상기 흡기누설량(Leak_Air)이 상기 흡기누설 판단값(Leak_Air_Det)보다 작은 경우에는 일정 적분시간을 고려하여 계산된 흡기누설량적분값(Leak_Air_Accu)을 미리 설정된 흡기누설적분 판단값(Leak_Air_Inter)과 다시 비교하여 흡기누설을 판단하는 제어수단이 포함된 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 로우 프레셔 이지알 시스템.
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