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KR102243127B1 - 과급기 회전속도를 이용하여 egr 유량율을 산정하는 방법 - Google Patents

과급기 회전속도를 이용하여 egr 유량율을 산정하는 방법 Download PDF

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KR102243127B1
KR102243127B1 KR1020170134646A KR20170134646A KR102243127B1 KR 102243127 B1 KR102243127 B1 KR 102243127B1 KR 1020170134646 A KR1020170134646 A KR 1020170134646A KR 20170134646 A KR20170134646 A KR 20170134646A KR 102243127 B1 KR102243127 B1 KR 102243127B1
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flow rate
compressor
egr
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Abstract

본 발명은 과급기 회전속도를 이용한 압축기 유량율과 EGR 유량율 산정 방법에 관한 것으로서, 압축기 유량율 산정부가 압축기의 압력비와 회전속도를 토대로 압축기 유량율을 산출하는 (a) 단계; EGR 유량율 산정부가 압축기 유량율 계산결과와 흡기매니폴드 압력을 이용한 엔진 도입 가스 유량율을 토대로 EGR 유량율을 산출하는 (b) 단계; 및 압축기 통과 유량율 산정부가 압축기 유량율 및 EGR 유량율을 토대로 압축기 통과유량율을 산출하는 (c) 단계;를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 오차를 줄이고, 엔진에서 일반적으로 계산되는 실린더내 도입가스량 산정 결과를 이용하여, 압축기 통과유량율을 추가 보정이 가능한 효과가 있다.

Description

과급기 회전속도를 이용하여 EGR 유량율을 산정하는 방법{METHOD FOR CALCULATING EGR FLOW RATE USING THE SPEED OF THE SUPERCHARGER}
본 발명은 과급기 회전속도를 이용한 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 유량율 산정 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 양방향 유량율 탐색, 실린더내의 유입 가스량에 따른 보정을 통해 압축기 통과 유량율 및 엔진의 EGR 유량율을 산정하는 기술에 관한 것이다.
최근 대기 환경 및 자동차 연비 개선 문제에 있어서, 엔진 가스순환계의 개선은 중요한 기술적 해결방안이 되고 있다.
구체적으로 과급기의 채용과 LP(low pressure) loop EGR의 적용이 증대되고 있으며, 특히 디젤 엔진은 기존 HP(high pressure) loop EGR(이하, "HP EGR") 뿐 아닌, LP(low pressure) loop EGR(이하, "LP EGR")이 부가된 dual loop EGR(이하, "dual EGR")의 채용이 증가되고 있다.
그러나, 가스순환계를 구성하는 과급과 EGR 시스템의 제어는 출력 및 배기성능에 직접적인 영향을 미치는 중요한 기술과제이나, 시스템 추가에 따른 복잡화, EGR유량율과 흡기유량율 간의 상호 간섭 그리고 터보지연(turbolag) 현상은 정확한 제어에 어려움을 증대시킨다.
이에 따라, 최근 제어성능 향상을 위해 저비용 과급기 회전속도센서 개발 및 활용 방안에 관한 선행적 연구가 증가되고 있다.
이러한 과급기 회전속도신호의 직접적인 제어 반영은 출력 성능 개선 및 내구 신뢰성 확보(과급기 회전속도의 overspeed 방지 및 엔진 최대 출력 제한 등)에 활용되어 왔으며, 최근 HP EGR 디젤 엔진의 과도 성능 개선을 위한 연구가 시도된 바 있다.
또한, 과급기 회전속도를 이용한 가상 흡기유량율 센서로의 활용이 가능하여, 향후 전동압축기 및 회전속도 센서 장착 과급기 등 과급기 회전속도를 감지할 수 있는 엔진의 제어 반영을 위한 기술적 고찰이 요구되고 있으며, 과급기 회전속도를 이용한 가상유량율센서의 활용은 원리적으로 Dual EGR 시스템의 LP 및 HP EGR유량율 산정 기능의 확장이 가능하다.
그러나, 실제 과급기 회전속도 신호를 이용한 압축기 유량율 산정에는 압축기 성능 특성에 기인한 다양한 오차 요인이 존재하고 있으며, 이의 보완 방법이 고려된 계산 과정의 구성과 검토가 전무한 실정이다.
이러한 가상공기유량센서로서 활용이 가능한 압축기 통과유량율의 산정과 관련한 선행기술로는 미국공개특허 제2015-0219052호(2015.01.28.공개), "METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING A CHARGE AIR MASS FLOW RATE" 외에 다수의 기술들 개시된 바 있다.
전술한 선행특허의 계산방식은 압축압력비를 고정 입력으로 하며, 압축기 통과 유량율을 변화시켰을 때의 계산 회전속도와 측정 회전속도가 일정 오차 범위 내에 있을 때의 유량율을 탐색하는 구조를 가지고 있다.
그러나, 압축기 유량율의 변화 시, 회전속도와 압력비의 변화가 크지 않는 구간이 상당 부분 존재하며, 이에 따라 회전속도와 압력비를 입력으로 유량율을 계산하는 경우 계산 결과에 많은 오차가 발생하는 문제점이 있다.
미국공개특허 제2015-0219052호
본 발명의 목적은, 통과유량율, 회전속도 또는 압력비 중에 2가지 인자를 통해 압축기 유량율을 산정함으로써, 과급기 회전속도 신호를 활용한 압축기 통과 유량율을 산정하고, 그에 따른 계산 오차를 최소화하는데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 목적은, 압축기 통과 유량율 계산결과와, 흡기매니폴드압력을 이용한 엔진 도입 가스 유량율을 산정함으로써, dual EGR 엔진 제어시에 모델 기반 추정값으로 반영되는 LP EGR 유량율을 과급기 회전속도를 활용하여 계산하는데 그 목적이 있다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 압축기 회전속도를 고정입력으로 하며, 압축기 통과유량율을 변화시켰을 때, 계산 압력비와 측정 압력비가 일정 오차 범위에 있는 방법을 사용하되, 계산 오차를 줄이기 위하여, 한 방향(증가 또는 감소 등)으로 유량율을 변화시키지 않고, 양방향(대유량으로 부터 감소 및 소유량에서 증가)에서 일정 범위의 오차를 가지는 유량율을 각기 탐색 계산하여, 평균을 취함으로써, 오차를 줄이고, 엔진에서 일반적으로 계산되는 실린더 내 도입가스량 산정 결과를 이용하여, 압축기 통과유량율을 추가 보정하는데 그 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은 과급기 회전속도를 이용하여 EGR 유량율을 산정하는 방법에 있어서, (a) 압축기 유량율 산정부가 압축기의 압력비와 과급기의 회전속도를 토대로 압축기 유량율을 산출하는 단계와, (b) EGR 유량율 산정부가 상기 산출된 압축기 유량율과 흡기매니폴드 압력을 이용한 엔진 도입 가스 유량율을 토대로 EGR 유량율을 산출하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 (a) 단계는, (a-1) 상기 압축기 유량율 산정부가 압축기 회전속도를 고정 값으로 입력받는 단계와, (a-2) 상기 압축기 유량율 산정부가 압축압력비 및 회전속도를 도출하는 단계와, (a-3) 상기 압축기 유량율 산정부가 공기량 및 LP EGR 가스량의 합을 계산하여 압축기 유량율을 도출하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명은 상기 (b) 단계 이후, (c) 오차 보정부가 압축기 유량율을 저유량율로 부터 유량율을 증가시켜 계산한 결과 값과 고유량율 부터 유량율을 저감시켜 계산한 결과 값의 평균을 도출해 압축기 유량율 값을 갱신하는 단계와, (d) 오차 보정부가 EGR 유량율을 저유량율로 부터 유량율을 증가시켜 계산한 결과 값과 고유량율 부터 유량율을 저감시켜 계산한 결과 값의 평균을 도출해 EGR 유량율 값을 갱신하는 단계를 더 포함한다.
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상기와 같은 본 발명에 따르면, 통과유량율, 회전속도 또는 압력비 중에 2가지 인자를 통해 압축기 유량율을 산정함으로써, 과급기 회전속도 신호를 활용한 압축기 통과 유량율을 산정하고, 그에 따른 계산 오차를 최소화하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 압축기 통과 유량율 계산결과와, 흡기매니폴드압력을 이용한 엔진 도입 가스 유량율을 산정함으로써, dual EGR 엔진 제어시에 모델 기반 추정값으로 반영되는 LP EGR 유량율을 과급기 회전속도를 활용하여 계산이 가능한 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 압축기 회전속도를 고정입력으로 하며, 압축기 통과유량율을 변화시켰을 때, 계산 압력비와 측정 압력비가 일정 오차 범위에 있는 방법을 사용하되, 계산 오차를 줄이기 위하여, 한 방향(증가 또는 감소)으로 유량율을 변화시키지 않고, 양방향(대유량으로 부터 감소 및 소유량에서 증가)에서 일정 범위의 오차를 가지는 유량율을 각기 탐색 계산하여, 평균을 취함으로써, 오차를 줄이고, 엔진에서 일반적으로 계산되는 실린더 내 도입가스량 산정 결과를 이용하여, 압축기 통과유량율을 추가 보정이 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래의 방송수신 휴대단말기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 유량율 산정 방법에서 Dual EGR 실험을 위한 LP EGR 배관의 추가 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 유량율 산정 방법에서 실제 엔진의 압축기 압력비, 엔진 회전속도, 및 실린더 도입가스량 각각을 도출한 것을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 유량율 산정 방법에서 압축기 압력비, 압축기 회전속도, 그리고 압축기 유량율을 이용한 EGR유량율 산출 원리를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 유량율 산정 방법에서 [수학식 2]의 압축기 유량율 산출 원리를 적용하여 HP EGR엔진의 공기유량율 및 EGR 유량율 산출 방법 그리고 dual EGR 엔진의 HP 및 LP EGR 유량율 산출 방법을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 유량율 산정 방법에서 [수학식 11]과 [수학식 14]를 사용한 경우, 압축기 통과유량율과 회전속도에 대한 압축압력비의 계산 결과를 비교한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 유량율 산정 방법에서 압축기 유량율 탐색시에 발생될 수 있는 문제점을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 유량율 산정 방법에서 계산 방법에 따른 압축기 유량율의 산정 결과 오차를 비교한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 유량율 산정 방법에서 도 5에 개시한 계산 과정을 보완 것을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 유량율 산정 방법에서 압축기 유량율 계산 과정을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 유량율 산정 방법에서 도 9 및 도 11의 계산과정을 이용한 HP EGR 엔진 실험 시의 압축기유량율(흡입공기량) 계산 결과를 실험결과와 비교하여 제시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 유량율 산정 방법에서 도 10 및 도 11의 계산과정을 이용한 Dual-loop EGR 엔진에서의 압축기 통과유량율 계산 결과를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 유량율 산정 방법에서 EGR 유량율의 계산 결과를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 유량율 산정 방법에서의 프로세스 흐름을 도시한 순서도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 유량율 산정 방법에서의 S10 단계에 대한 세부 프로세스 흐름을 도시한 순서도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 유량율 산정 방법에서의 S20 단계에 대한 세부 프로세스 흐름을 도시한 순서도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 유량율 산정 방법에서의 S20단계 이후 과정을 도시한 순서도이다.
본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
먼저, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 과급기 회전속도를 이용한 EGR 유량율 산정 방법에서 Dual EGR 실험을 위한 LP EGR 배관의 추가 구성을 도시한 도면이다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 과급기 회전속도를 이용한 EGR 유량율 산정 방법은, 압축기의 압력비와 회전속도를 토대로 압축기 유량율을 산출하는 압축기 유량율 산정부, 압축기 유량율 계산결과와 흡기매니폴드 압력을 이용한 엔진 도입 가스 유량율을 토대로 EGR 유량율을 산출하는 EGR 유량율 산정부, 및 압축기 유량율 및 EGR 유량율을 토대로 압축기 통과유량율을 산출하는 압축기 통과 유량율 산정부를 포함하여 구성된다.
먼저, 압축기 유량율 산정부는 압축기 회전속도를 고정 값으로 입력받되, 공기량(
Figure 112021017374289-pat00001
) 및 LP EGR 가스량(
Figure 112021017374289-pat00002
)의 합을 통해 Dual EGR에서의 '압축기유량율(
Figure 112021017374289-pat00003
)'을 도출한다.
이때, 압축압력비(
Figure 112021017374289-pat00004
)와 회전속도(
Figure 112021017374289-pat00005
)의 함수는 아래의 [수학식 1] 내지 [수학식 3]과 같다.
Figure 112021017374289-pat00006
Figure 112021017374289-pat00007
Figure 112021017374289-pat00008
여기서,
Figure 112021017374289-pat00009
는 air mass flow rate 이고,
Figure 112021017374289-pat00010
는 LP EGR gas mass flow rate 이며,
Figure 112021017374289-pat00011
는 mass flow rate through a compressor 이고,
Figure 112021017374289-pat00012
는 compressor pressure ratio 이며,
Figure 112021017374289-pat00013
는 compressor speed 이고,
Figure 112021017374289-pat00014
는 compressor inlet gas pressure 이며,
Figure 112021017374289-pat00015
는 compressor outlet gas pressure 이다.
또한, 엔진에 도입되는 가스량(
Figure 112021017374289-pat00016
)은, '압축기유량율(
Figure 112021017374289-pat00017
)'과 HP EGR 가스유량율(
Figure 112021017374289-pat00018
)의 합과 같으며, 체적효율(
Figure 112021017374289-pat00019
)과 흡기관내 가스의 밀도, 엔진회전속도의 함수로 설정된다.
이때, 흡기관내의 온도 변화와 흡기관내의 압력손실이 적다고 가정하는 경우, 흡기관내 가스 밀도는 압력의 함수로 설정이 가능하며, 엔진 회전속도(
Figure 112021017374289-pat00020
)와 압축기 압력비(
Figure 112021017374289-pat00021
)로도 간단히 [수학식 4]와 같이 도출될 수 있다.
또한, 실제 엔진의 압축기 압력비(
Figure 112021017374289-pat00022
), 엔진 회전속도(
Figure 112021017374289-pat00023
), 및 실린더 도입가스량(
Figure 112021017374289-pat00024
) 각각은 [수학식 5]를 통해 도출되며, 이에 대한 결과 값은 도 3에 도시된 바와 같다.
Figure 112021017374289-pat00025
Figure 112021017374289-pat00026
여기서,
Figure 112021017374289-pat00027
는 cylinder inlet gas mass flow rate 이고,
Figure 112021017374289-pat00028
는 HP EGR gas mass flow rate 이며,
Figure 112021017374289-pat00029
는 intake manifold pressure 이고,
Figure 112021017374289-pat00030
는 engine speed 이다.
또한, EGR 유량율 산정부는 압축기 유량율 산정부로부터 인가받은 압축압력비(
Figure 112021017374289-pat00031
), 회전속도(
Figure 112021017374289-pat00032
) 및 '압축기유량율(
Figure 112021017374289-pat00033
)'을 토대로 dual EGR 의 HP EGR 유량율 및 LP EGR 유량율을 도출한다.
이때, HP EGR 유량율은 [수학식 6]을 통해 도출하고, LP EGR 유량율은 [수학식 7]을 통해 도출한다.
Figure 112021017374289-pat00034
Figure 112021017374289-pat00035
또한, 도 4는 압축기 압력비, 압축기 회전속도, 그리고 압축기 유량율을 이용한 EGR유량율 산출 원리를 도시한 도면이고, 도 5는 상기 [수학식 2]의 압축기 유량율 산출 원리를 적용하여 HP EGR엔진의 공기유량율 및 EGR 유량율 산출 방법 그리고 dual EGR 엔진의 HP 및 LP EGR 유량율 산출 방법을 도시한 도면이다.
한편, 압축기 통과 유량율 산정부는 상기 압축기 유량율 및 EGR 유량율을 토대로 하기 [수학식 14]의 계산식을 통해 압축기 통과유량율을 산출한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 과급기 회전속도를 이용한 EGR 유량율 산정 방법은, '압축기 유량율'과 압력비 관계를 [수학식 8] 내지 [수학식 10]과 같이 무차원유량계수(
Figure 112021017374289-pat00036
) 및 무차원수두(
Figure 112021017374289-pat00037
)와의 관계로 설정하였다.
Figure 112021017374289-pat00038
Figure 112021017374289-pat00039
Figure 112021017374289-pat00040
여기서,
Figure 112021017374289-pat00041
는 dimensionless head parameter 이고,
Figure 112021017374289-pat00042
는 dimensionless flow rate 이며,
Figure 112021017374289-pat00043
는 compressor blade tip speed 이고,
Figure 112021017374289-pat00044
는 compressor inlet gas density 이며,
Figure 112021017374289-pat00045
는 compressor tip diameter 이고,
Figure 112021017374289-pat00046
는 constant pressure specific heat 이며,
Figure 112021017374289-pat00047
는 compressor inlet gas temperature 이고,
Figure 112021017374289-pat00048
는 specific heat ratio 이다.
또한, 무차원유량계수(
Figure 112021017374289-pat00049
)와 무차원수두(
Figure 112021017374289-pat00050
) 간의 관계식은 [수학식 11] 및 [수학식 12]와 같고, 계수
Figure 112021017374289-pat00051
는 압축기 성능 데이타의 non linear curve fitting을 통하여 산출할 수 있고, 압력비와 압축기 회전속도를 [수학식 13]의 관계식으로 정리된다.
Figure 112021017374289-pat00052
Figure 112021017374289-pat00053
Figure 112021017374289-pat00054
Figure 112021017374289-pat00055
Figure 112021017374289-pat00056
여기서,
Figure 112021017374289-pat00057
은 coefficients 이고,
Figure 112021017374289-pat00058
은 Mach number 이다.
그러나, 본 실시예에서는 [수학식 11]을 사용하지 않고 [수학식 14]를 통해 압축기 통과유량율을 산출하여 정확성을 개선하였다.
Figure 112021017374289-pat00059
Figure 112021017374289-pat00060
여기서,
Figure 112021017374289-pat00061
는 Experimental coefficients 이고,
Figure 112021017374289-pat00062
은 Inlet mach number 이며,
Figure 112021017374289-pat00063
는 Dimensionless flow rate 이다.
한편, 도 6은 [수학식 11]과 [수학식 14]를 사용한 경우, 압축기 통과유량율과 회전속도에 대한 압축압력비의 계산 결과를 비교한 도면이다.
도 6의 (a)에서 보이는 바와 같이 [수학식 14]를 사용하여 압축기 통과유량율을 도출하는 경우, 압력비의 예측 정확성이 개선되는 것을 알 수 있다.
또한, 도 6의 (b)에 제시된 바와 같이 [수학식 14]를 사용하는 경우 압력비 1.2이하의 과급기 저속구간을 포함하는 엔진운전조건에서도 대략 2% 이내의 오차범위 내로 압력비의 유추가 가능함을 알 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 과급기 회전속도를 이용한 EGR 유량율 산정 방법의 압축기 유량율 탐색시에 발생될 수 있는 문제점을 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 압축기 서어지 부근은 유량율 변화 대비 압력비 또는 회전속도 변화가 매우 적기 때문에 미소한 압력비 및 회전속도 오차범위에서도 압축기 유량율 계산 결과의 오차는 크게 발생하게 된다.
따라서, 본 실시예에서는 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 저유량율로 부터 유량율을 증가시켜 계산한 결과 값과 고유량율 부터 유량율을 저감시켜 계산한 결과 값의 평균을 도출하는 오차 보정부를 더 포함하여 구성할 수 있다.
또한, 도 8의 (b)에는 계산 방법에 따른 압축기 유량율의 산정 결과 오차를 비교하여 도시하였다. 계산오차는 서어지 유량율에 대한 목표 유량율(reference data)의 비에 대하여 제시하였으며, 계산위치가 서어지와 근접할수록 단일 방향으로의 유량율 탐색 방식은 오차가 증가되고 있음을 알 수 있다.
이때, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 평균값에 의한 오차 저감 방법을 적용하는 경우, 서어지 근방에서의 오차율이 저감되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 과급기 회전속도를 이용한 EGR 유량율 산정 방법의 도 5에 개시한 계산 과정을 보완 것을 도시한 도면이고, 도 5의 구성에서 추가된 부분은 붉은색으로 표기하였다.
이때, 압축기 전단 온도(
Figure 112021017374289-pat00064
)는 압축기 모델 계산 시에 요구되어지며, 특히, 압축기 유량율 산정 이후 EGR 질량 유량율 계산을 위한 최종 단계의 실린더 도입 가스량(
Figure 112021017374289-pat00065
)의 계산은 [수학식 5]의 간단식 보다 높은 정확도가 요구되어지므로, 흡기관내 온도 및 체적효율 모델 등을 이용한 별도의 계산과정이 적용될 수 있다.
또한, 도 10에 도시된 Dual EGR의 경우는 공기유량율 센서 신호는 필수적이며, 공기량 신호를 이용한 압축기 통과유량율의 추가적인 보정이 더해질 수 있다.
한편, 도 11은 본 실시예에 따른 압축기유량율 계산 과정을 도시한 도면이고, 도 12는 도 9 및 도 11의 계산과정을 이용한 HP EGR 엔진 실험 시의 압축기유량율(흡입공기량) 계산 결과를 실험결과와 비교하여 제시한 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 양방향 계산 등의 오차보정 과정을 거친 후 정확성이 개선되고 있음을 볼 수 있으나, 압력비 1.2이하의 구간에서의 오차는 상대적으로 증대되는 결과를 확인할 수 있다.
또한, 도 13은 도 10 및 도 11의 계산과정을 이용한 Dual-loop EGR 엔진에서의 압축기 통과유량율 계산 결과를 도시한 도면이다.
도 13에 도시된 바와 같이, HP EGR 엔진의 결과와 유사한 특성을 제시하고 있으나, 공기유량율 신호의 도입과 보정으로 저압력비에서의 오차는 다소 저감되는 특성을 확인할 수 있다.
그리고, 도 14는 본 실시예에 따른 EGR 유량율의 계산 결과를 도시한 도면이다. 도 14에 도시된 계산에서는 최종 단계의 EGR 유량율 계산시의 정확성 개선을 위해 실린더 도입가스량의 계산 오차는 없는 것으로 가정하였으며, 이에 따라, 실린더 도입가스량은 실험결과를 활용하였다.
도 14에 도시된 바와 같이, HP 및 LP EGR 유량율 계산결과의 경향성은 엔진 실험 결과와 유사하게 제시되고 있음을 확인할 수 있다.
이하, 도 15를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 과급기 회전속도를 이용한 EGR 유량율 산정 방법의 프로세스 흐름에 대해 살피면 아래와 같다.
먼저, 압축기 유량율 산정부가 압축기의 압력비와 회전속도를 토대로 압축기 유량율을 산출한다(S10).
이어서, EGR 유량율 산정부가 압축기 유량율 계산결과와 흡기매니폴드 압력을 이용한 엔진 도입 가스 유량율을 토대로 EGR 유량율을 산출한다(S20).
그리고, 압축기 통과 유량율 산정부가 압축기 유량율 및 EGR 유량율을 토대로 압축기 통과유량율을 산출한다(S30).
이때, 압축기 통과유량율은 상기 [수학식 14]의 계산식을 통해 산출된다.
이하, 도 16을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 과급기 회전속도를 이용한 EGR 유량율 산정 방법의 S10단계에 대한 세부 프로세스 흐름에 대해 살피면 아래와 같다.
먼저, 압축기 유량율 산정부가 압축기 회전속도를 고정 값으로 입력받는다(S11).
이어서, 압축기 유량율 산정부가 압축압력비(
Figure 112021017374289-pat00066
) 및 회전속도(
Figure 112021017374289-pat00067
)를 도출한다(S12).
그리고, 압축기 유량율 산정부가 공기량(
Figure 112021017374289-pat00068
) 및 LP EGR 가스량(
Figure 112021017374289-pat00069
)의 합을 계산하여 '압축기유량율(
Figure 112021017374289-pat00070
)'을 도출한다(S13).
이때, S12 단계 및 S13 단계는 상기 [수학식 1] 내지 [수학식 3]에 의해 계산된다.
이하, 도 17을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 과급기 회전속도를 이용한 EGR 유량율 산정 방법의 S20단계에 대한 세부 프로세스 흐름에 대해 살피면 아래와 같다.
S10단계 이후, EGR 유량율 산정부가 압축기 유량율 산정부로부터 압축압력비(
Figure 112021017374289-pat00071
), 회전속도(
Figure 112021017374289-pat00072
) 및 '압축기유량율(
Figure 112021017374289-pat00073
)'을 입력받는다(S21).
이어서, EGR 유량율 산정부가 상기 [수학식 6]을 통해 HP EGR 유량율을 도출한다(S22).
그리고, EGR 유량율 산정부가 상기 [수학식 7]을 통해 LP EGR 유량율'을 도출한다(S23).
이하, 도 18을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 과급기 회전속도를 이용한 EGR 유량율 산정 방법의 S20단계 이후과정에 대해 살피면 아래와 같다.
S20단계 이후, 오차 보정부가 압축기 유량율을 저유량율로 부터 유량율을 증가시켜 계산한 결과 값과 고유량율 부터 유량율을 저감시켜 계산한 결과 값의 평균을 도출해 압축기 유량율 값을 갱신한다(S40).
그리고, 오차 보정부가 EGR 유량율을 저유량율로 부터 유량율을 증가시켜 계산한 결과 값과 고유량율 부터 유량율을 저감시켜 계산한 결과 값의 평균을 도출해 EGR 유량율 값을 갱신하고 S30단계로 절차를 이행한다(S50).
이때, 유량율을 증가시키거나 유량율을 저감시키는 기준은 기 설정된 값에 의해 변경될 수 있다.
정리하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 과급기 회전속도를 이용한 EGR 유량율 산정 방법은, 통과유량율, 회전속도 또는 압력비 중에 2가지 인자를 통해 압축기 유량율을 산정함으로써, 과급기 회전속도 신호를 활용한 압축기 통과 유량율을 산정하고, 그에 따른 계산 오차를 최소화하고, 압축기 통과 유량율 계산결과와, 흡기매니폴드압력을 이용한 엔진 도입 가스 유량율을 산정함으로써, dual EGR 엔진 제어시에 모델 기반 추정값으로 반영되는 LP EGR 유량율을 과급기 회전속도를 활용하여 계산이 가능하다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등 물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 과급기 회전속도를 이용하여 EGR 유량율을 산정하는 방법에 있어서,
    (a) 압축기 유량율 산정부가 압축기의 압력비와 과급기의 회전속도를 토대로 압축기 유량율을 산출하는 단계와,
    (b) EGR 유량율 산정부가 상기 산출된 압축기 유량율과 흡기매니폴드 압력을 이용한 엔진 도입 가스 유량율을 토대로 EGR 유량율을 산출하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 유량율 산정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
    (a-1) 상기 압축기 유량율 산정부가 압축기 회전속도를 고정 값으로 입력받는 단계와,
    (a-2) 상기 압축기 유량율 산정부가 압축압력비 및 회전속도를 도출하는 단계와,
    (a-3) 상기 압축기 유량율 산정부가 공기량 및 LP EGR 가스량의 합을 계산하여 압축기 유량율을 도출하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 유량율 산정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
    (b-1) 상기 EGR 유량율 산정부가 압축기 유량율 산정부로부터 압축압력비, 회전속도 및 압축기 유량율을 입력받는 단계와,
    (b-2) 상기 EGR 유량율 산정부가 [수학식 6]을 통해 HP EGR 유량율을 도출하는 단계와,
    (b-3) EGR 유량율 산정부가 [수학식 7]을 통해 LP EGR 유량율을 도출하는 단계를 포함하며,
    상기 [수학식 6]은
    Figure 112021017374289-pat00105
    이고,
    상기 [수학식 7]은
    Figure 112021017374289-pat00106
    이며,
    Figure 112021017374289-pat00107
    는 air mass flow rate 이고,
    Figure 112021017374289-pat00108
    는 LP EGR gas mass flow rate 이며,
    Figure 112021017374289-pat00109
    는 mass flow rate through a compressor 이고,
    Figure 112021017374289-pat00110
    는 compressor pressure ratio 이며,
    Figure 112021017374289-pat00111
    는 compressor speed 이고,
    Figure 112021017374289-pat00112
    는 compressor inlet gas pressure 이며,
    Figure 112021017374289-pat00113
    는 compressor outlet gas pressure 이고,
    Figure 112021017374289-pat00114
    는 cylinder inlet gas mass flow rate 이고,
    Figure 112021017374289-pat00115
    는 HP EGR gas mass flow rate 이며,
    Figure 112021017374289-pat00116
    는 intake manifold pressure 이고,
    Figure 112021017374289-pat00117
    는 engine speed 인 것을 특징으로 하는 EGR 유량율 산정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계 이후,
    (c) 오차 보정부가 압축기 유량율을 저유량율로 부터 유량율을 증가시켜 계산한 결과 값과 고유량율 부터 유량율을 저감시켜 계산한 결과 값의 평균을 도출해 압축기 유량율 값을 갱신하는 단계와,
    (d) 오차 보정부가 EGR 유량율을 저유량율로 부터 유량율을 증가시켜 계산한 결과 값과 고유량율 부터 유량율을 저감시켜 계산한 결과 값의 평균을 도출해 EGR 유량율 값을 갱신하는 단계를
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 유량율 산정 방법.
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