KR20170139926A - 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템 및 제어 방법이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템은 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 연소실을 포함하는 엔진: 상기 연소실로 공급되는 흡기 가스가 유입되는 흡기 라인; 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인; 상기 배기 라인에 구비되고 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스에 의해 회전하는 터빈과 상기 흡기 라인에 구비되고 상기 터빈과 연동하여 회전하고 외기를 압축하는 컴프레서 포함하는 터보차저; 상기 터보차저 후단의 배기 라인에서 분기되어 상기 흡기 라인으로 합류하는 EGR 라인, 상기 EGR 라인에 배치되어 상기 EGR 라인을 흐르는 배기 가스를 냉각시키는 EGR 쿨러를 포함하는 EGR 장치; 상기 터빈의 전단에서 분기되어 상기 터빈의 후단으로 합류하는 배기 바이패스 라인에 설치되어 상기 터빈으로 유입되는 배기 가스량을 조절하는 웨이스트 게이트 밸브; 및 상기 엔진 전단의 흡기 라인에서 분기되어 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 합류하는 흡기 바이패스 라인에 설치되어 상기 터보차저에 의해 압축된 흡기 가스의 일부를 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 공급하는 재순환 밸브;를 포함할 수 있다.

Description

배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템 및 제어 방법 {ENGINE SYSTME HAVING EXAHUST GAS RECIRCULATION APPARATUS AND CONTROL MEHTOD USING THE SAME}
본 발명은 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템 및 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기 가스 재순환율을 증가시킬 수 있는 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.
자동차의 엔진은 외부로부터 유입된 공기를 연료와 적절한 비율로 혼합하여 연소시켜 동력을 발생한다.
엔진의 구동으로 동력을 발생시키는 과정에서 연소를 위해 외부의 공기를 충분히 공급하여야만 원하는 출력과 연소 효율을 얻을 수 있다. 이를 위해, 엔진의 연소 효율을 높이기 위해 연소용 공기를 과급시켜 주는 장치로서 터보차저 (turbocharger)가 사용되고 있다.
일반적으로 터보차저는 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 터빈을 돌린 후, 그 회전력을 이용하여 연소실로 고압의 공기를 공급하여 엔진의 출력을 높이는 장치이다. 터보차저는 대부분의 디젤 엔진에 적용되고 있으며, 최근에는 가솔린 엔진에도 적용되고 있다.
또한, 배기 가스에 포함된 질소산화물(nitrous oxide; NOx)은 주요한 대기오염물질로 규제되고 있으며, 이러한 NOx의 배출을 줄이기 위한 많은 연구가 진행되고 있다.
배기가스 재순환(exhaust gas recirculation; EGR) 시스템은 유해 배기가스의저감을 위해 차량에 장착되는 시스템이다. 일반적으로, NOx는 혼합기 중에 공기의 비율이 높아서 연소가 잘될 때 증가한다. 따라서, 배기가스 재순환 시스템은 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부(예를 들어 5~20%)를 다시 혼합기에 섞어 혼합기 속의 산소량을 줄이고 연소를 방해하여 NOx의 발생을 억제하는 시스템이다.
가솔린 엔진의 배기 가스 재순환(exhaust gas recirculation; EGR) 시스템은 연비 개선을 위해 차량에 장착된다. 배기 가스 재순환(exhaust gas recirculation; EGR) 시스템을 통해 저속/저부하 영역에서 펌핑 로스 저감, 중속/중부하 영역에서 연소실 온도 저감에 의한 점화시기 진각을 통해 연비 개선을 구현할 수 있다.
대표적인 배기가스 재순환 시스템으로 저압 이지알(LP-EGR: low pressure exhaust gas recirculation) 장치가 있다. 저압 이지알 장치는 터보차저의 터빈을 통과한 배기가스를 컴프레서 전단의 흡기 통로로 재순환시킨다.
종래 기술에 의한 배기가스 재순환 시스템은 터보차저가 작동 중일 때는 터빈과 컴프레서의 회전력에 의해 재순환 가스를 엔진의 연소실로 공급한다.
그러나 터보차저가 작동하지 않을 때는 컴프레서 전단에 부압(negative pressure)이 거의 발생하지 않기 때문에, 별도의 차압 생성 밸브를 사용하고 있다. 그러나 이와 같은 차압 생성 밸브가 장착되면, 차량의 제조 원가가 증가하는 문제가 발생한다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 별도의 차압 생성 밸브를 사용하지 않고 EGR율을 증가시킬 수 있는 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템 및 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템은 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 연소실을 포함하는 엔진: 상기 연소실로 공급되는 흡기 가스가 유입되는 흡기 라인; 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인; 상기 배기 라인에 구비되고 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스에 의해 회전하는 터빈과 상기 흡기 라인에 구비되고 상기 터빈과 연동하여 회전하고 외기를 압축하는 컴프레서 포함하는 터보차저; 상기 터보차저 후단의 배기 라인에서 분기되어 상기 흡기 라인으로 합류하는 EGR 라인, 상기 EGR 라인에 배치되어 상기 EGR 라인을 흐르는 배기 가스를 냉각시키는 EGR 쿨러를 포함하는 EGR 장치; 상기 터빈의 전단에서 분기되어 상기 터빈의 후단으로 합류하는 배기 바이패스 라인에 설치되어 상기 터빈으로 유입되는 배기 가스량을 조절하는 웨이스트 게이트 밸브; 및 상기 엔진 전단의 흡기 라인에서 분기되어 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 합류하는 흡기 바이패스 라인에 설치되어 상기 터보차저에 의해 압축된 흡기 가스의 일부를 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 공급하는 재순환 밸브;를 포함할 수 있다.
상기 터보차저, 상기 웨이스트 게이트 밸브, 상기 이지알 밸브 및 상기 재순환 밸브의 동작을 제어하는 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 터보차저가 동작하는 운전 영역에 따라 상기 재순환 밸브의 개도량을 조절할 수 있다.
상기 제어기는 상기 터보차저가 동작하지 않는 운전 영역에서, 상기 웨이스트 게이트 밸브를 완전히 개방하지 않고 상기 터보차저에 의해 부스트압이 형성되지 않을 정도로 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 설정값 이상으로 개방시키고, 상기 이지알 밸브와 상기 재순환 밸브의 개도량을 조절하여 상기 흡기 라인을 통해 상기 연소실로 공급되는 흡기 가스의 EGR율을 조절할 수 있다.
상기 제어기는 상기 터보차저가 동작하는 운전 영역에서 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 목표 부스트 압력을 기준으로 제어하고, 상기 이지알 밸브의 개도량을 조절하여 EGR율을 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 엔진 시스템의 제어 방법은 엔진, EGR 장치, 및 터보차저를 포함하는 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템의 제어 방법에 있어서, 운전 정보 감지부로부터 엔진의 요구 토크 및 요구 속도를 검출하는 단계; 제어기에 의해, 요구 토크 및 요구 속도로부터 터보차저가 동작하는 운전 영역인지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 제어기에 의해, 상기 터보차저가 동작하는 운전 영역에 따라 상기 터보차저의 터빈으로 유입되는 배기 가스량을 조절하는 웨이스트 게이트 밸브의 개도량, 및 상기 엔진 전단의 흡기 라인에서 분기되어 상기 터보차저의 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 합류하는 흡기 바이패스 라인에 설치되는 재순환 밸브의 개도량을 조절하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 터보차저가 동작하지 않는 운전 영역에서, 상기 웨이스트 게이트 밸브를 완전히 개방하지 않고 상기 터보차저에 의해 부스트압이 형성되지 않을 정도로 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 설정값 이상으로 개방시키고, 상기 이지알 밸브와 상기 재순환 밸브의 개도량을 조절하여 상기 흡기 라인을 통해 상기 연소실로 공급되는 흡기 가스의 EGR율을 조절할 수 있다.
상기 터보차저가 동작하는 운전 영역에서 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 목표 부스트 압력에 따라 조절하고, 상기 이지알 밸브의 개도량을 조절하여 EGR율을 조절할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템 및 제어 방법에 의하면, 터보차저가 동작하지 않는 운전 영역에서 흡기 바이패스 라인 및 재순환 밸브를 통해 외기와 재순환 가스의 일부를 흡기 라인으로 재순환시킴으로써, 흡기 가스의 EGR율을 증가시킬 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템의 구성을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스의 흐름을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템의 구성을 도시한 개념도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템(이하, '엔진 시스템'이라 한다)은 엔진(20), 터보차저(70), 인터쿨러(16), 저압 이지알 장치(50), 운전 정보 감지부(80), 및 제어기(90)를 포함한다.
상기 엔진(20)은 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 연소실(21)을 포함한다. 상기 엔진(20)에는 상기 연소실(21)로 공급되는 흡기 가스가 흐르는 흡기 라인(10)과, 상기 연소실(21)에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인(30)이 구비된다.
상기 배기 라인(30)에는 상기 연소실(21)에서 배출되는 배기 가스에 포함된 각종 유해 물질을 정화시키는 배기 가스 정화 장치(60)가 구비된다. 상기 배기 가스 정화 장치(60)는 질소 산화물을 정화하기 위한 LNT(lean NOx trap), 디젤 산화 촉매(diesel oxidation catalyst) 및 디젤 매연 필터(diesel particulate filter)를 포함할 수 있다.
상기 터보차저(70)는 상기 흡기 라인(10)을 통해 유입되는 흡기 가스(외기+재순환 가스)를 압축하여 상기 연소실(21)로 공급한다. 상기 터보차저(70)는 상기 배기 라인(30)에 구비되고 상기 연소실(21)에서 배출되는 배기 가스에 의해 회전하는 터빈(71), 및 상기 터빈(71)과 연동하여 회전하고 흡기 가스를 압축하는 컴프레서(72)를 포함한다.
상기 저압 이지알 장치(50) (LP-EGR: low pressure exhaust gas recirculation apparatus)는 저압 이지알 라인(52), 저압 이지알 쿨러(56), 및 저압 이지알 밸브(54)를 포함한다. 본 발명의 실시 예에서는 저압 이지알 장치를 예로 들어 설명하지만, 다른 유형의 이지알 장치(예를 들면, 고압 EGR 장치)가 적용될 수도 있다.
상기 저압 이지알 라인(52)은 상기 터보차저(70) 후단의 배기 라인(30)에서 분기되어 상기 흡기 라인(10)으로 합류한다. 상기 저압 이지알 쿨러(56)는 상기 저압 이지알 라인(52)에 배치되고, 상기 저압 이지알 라인(52)을 흐르는 배기 가스를 냉각시킨다. 상기 저압 이지알 밸브(54)는 상기 저압 이지알 라인(52)과 상기 흡기 라인(10)이 합류하는 지점에 배치되고, 상기 흡기 라인(10)으로 유입되는 배기 가스량을 조절한다. 여기서, 상기 저압 이지알 라인(52)을 통해 상기 흡기 라인(10)으로 공급되는 배기 가스를 재순환 가스라고 한다.
상기 인터쿨러(16)는 상기 상기 흡기 라인(10)을 통해 유입되는 흡기 가스를 냉각수와의 열 교환을 통해 냉각시킨다. 즉, 상기 터보차저(70)에 의해 압축된 흡기 가스는 온도가 높아져 팽창하기 때문에, 상기 연소실(21)로 공급되는 흡기 가스의 산소 밀도가 낮아지고, 이로 인해, 상기 엔진(20)에서 요구하는 토크를 출력하기 어렵다. 따라서, 상기 인터쿨러(16)를 통해 흡기 가스를 냉각시켜 흡기 가스의 밀도를 증가시켜 엔진(20)의 연소 효율을 향상시킨다.
한편, 상기 터빈(71) 전단의 배기 라인(30)에서 분기되어 상기 터빈(71) 후단의 배기 라인(30)으로 합류하는 배기 바이패스 라인(32)이 형성되고, 상기 배기 바이패스 라인(32)에는 웨이스트 게이트 밸브(34)가 설치된다. 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)는 상기 제어기(90)의 제어 신호에 의해 동작되고, 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)의 개도량에 따라 상기 터빈(71)으로 공급되는 배기 가스량이 조절된다.
상기 엔진(20) 전단의 흡기 라인(10)에서 분기되어 상기 컴프레서(72) 전단의 흡기 라인(10)으로 합류하는 흡기 바이패스 라인(12)이 형성되고, 상기 흡기 바이패스 라인(12)에는 재순환 밸브(14)가 설치된다. 상기 재순환 밸브(14)는 상기 제어기(90)의 제어 신호에 의해 동작되고, 상기 재순환 밸브(14)의 개도량에 따라 상기 컴프레서(72)를 통해 상기 연소실(21)로 공급되는 EGR율(exhaust gas recirculation ratio)가 조절된다. 상기 EGR율은 외기에 대한 재순환 가스의 비율을 의미한다.
상기 제어기(90)는 상기 엔진(20), 상기 터보차저(70), 상기 웨이스트 게이트 밸브(34), 상기 이지알 밸브(54) 및 상기 재순환 밸브(14)의 동작을 제어한다.
상기 제어기(90)는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구비될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시 예에 따른 엔진 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 되어 있다.
상기 제어기(90)는 운전 정보 감지부(80)에서 감지되는 운전자의 요구 토크와 요구 속도에 따라 상기 터보차저(70)가 동작하는 운전 영역인지 여부를 판단하고, 상기 터보차저(70) 운전 영역에 따라 상기 재순환 밸브(14)의 개도량을 조절한다.
상기 운전 정보 감지부(80)는 운전자의 요구 토크와 요구 속도를 측정하고, 측정된 요구 토크와 요구 속도를 상기 제어기(90)로 전송된다. 운전자의 요구 토크와 요구 속도는 차량에 구비된 APS(acceleration pedal sensor)를 통해 감지될 수 있다.
상기 제어기(90)는 상기 운전 정보 감지부(80)에서 감지된 요구 토크와 요구 속도로부터 상기 터보차저(70)가 작동되는 운전 영역인지 여부를 판단한다. 예를 들어, 상기 터보차저(70)가 작동되는 운전 영역은 고속 고부하 영역이고, 상기 터보차저(70)가 작동되지 않는 영역은 상대적으로 저속 저부하 영역일 수 있다.
또는, 상기 터보차저(70)가 작동되는 운전 영역은 상기 EGR 밸브 전후단의 차압이 설정 압력 이상인 영역일 수 있다.
만약, 상기 터보차저(70)가 작동되는 운전 영역에서는, 상기 제어기(90)는 상기 재순환 밸브(14)를 차단하여 상기 흡기 바이패스 라인(12)으로 혼합 가스가 흐르지 않도록 한다. 그리고 상기 제어기(90)는 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)를 목표 부스트 압력을 기준으로 제어(도 3 참조)하여 상기 터빈(71)과 상기 컴프레서(72)를 회전시켜 상기 흡기 라인(10)을 흐르는 흡기 가스(외기+재순환 가스)를 압축하여 상기 연소실(21)로 공급한다. 이때, 상기 연소실(21)로 공급되는 흡기 가스에 포함되는 재순환 가스의 비율(EGR율)은 상기 이지알 밸브(54)의 개도량을 통해 조절된다.
그러나 상기 터보차저(70)가 작동되지 않는 운전 영역에서는, 상기 제어기(90)는 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)의 개도량을 설정량 이상으로 개방시키고, 상기 이지알 밸브(54)와 재순환 밸브(14)의 개도량을 조절하여 상기 흡기 라인(10)을 통해 상기 연소실(21)로 공급되는 흡기 가스의 EGR율을 조절한다.
일반적으로, 상기 터보차저(70)가 작동되지 않는 운전 영역에서는 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)를 완전히 열림 제어하여(도 4 참조), 배기 가스가 상기 터빈(71)을 경유하지 않고 상기 배기 바이패스 라인(32)을 통해 외부로 배출되도록 한다.
그러나 상기 터보차저(70)가 작동되지 않는 운전 영역에서 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)를 완전히 개방하면, 배기 라인(30)에 구비되는 터빈(71)이 회전하지 않기 때문에 흡기 라인(10)에 구비되는 컴프레서(72)가 회전하지 않게 된다.
따라서, 상기 제어기(90)는 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)를 완전히 개방하지 않고 터보차저(70)에 의해 부스트압이 형성되지 않을 정도로 설정량 이상 개방(도 5 참조)함으로써, 상기 배기 라인(30)으로 미세량의 배기 가스가 흐르도록 한다. 따라서, 상기 터빈(71)과 상기 컴프레서(72)가 미세하게 회전하고, 이로 인해 상기 흡기 라인(10)을 흐르는 흡기 가스의 유량을 증가시킨다.
그리고 상기 재순환 밸브(14)를 개방함으로써, 상기 흡기 라인(10)을 흐르는 흡기 가스의 일부를 상기 흡기 바이패스 라인(12)을 통해 상기 컴프레서(72) 전단으로 재순환시킨다. 여기서, 설명의 편의를 위해 상기 흡기 바이패스 라인(12)을 통해 상기 컴프레서(72) 전단의 흡기 라인(10)으로 재순환되는 가스를 혼합 가스라고 칭한다.
상기 재순환 밸브(14)를 개방하면, 상기 흡기 라인(10)에는 외기, 재순환 가스, 및 혼합 가스가 흐르게 된다. 이때, 상기 혼합 가스는 외기와 재순환 가스가 포함되어 있기 때문에, 상기 흡기 라인(10)을 흐르는 흡기 가스의 EGR율이 증가하게 된다.
상기 재순환 밸브(14)는 흡기 매니폴드(23) 내의 흡기 가스의 압력이 설정 압력 이상인 경우 개방될 수 있다. 상기 흡기 매니폴드(23) 내의 압력이 설정 압력보다 클 때, 상기 재순환 밸브(14)를 개방하여 상기 흡기 매니폴드(23) 내부에서 흡기 가스의 압력을 적절하게 조절함으로써, 상기 엔진(20)의 서지를 방지할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 엔진 시스템의 동작에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 운전 정보 감지부(80)는 엔진(20)의 요구 토크 및 요구 속도를 검출하고, 검출된 요구 토크 및 요구 속도를 상기 제어기(90)로 전송한다(S10).
상기 제어기(90)는 상기 요구 토크 및 요구 속도로부터 상기 터보차저(70)가 동작하는 운전 영역인지 여부를 판단한다(S20).
상기 제어기(90)는 상기 터보차저(70)가 동작하는 운전 영역에 따라 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)의 개도량, 상기 재순환 밸브(14)의 개도량을 조절한다.
구체적으로, 상기 터보차저(70)가 동작하는 운전 영역에서, 상기 제어기(90)는 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)의 개도량을 목표 부스트 압력을 기준으로 개방하고, 상기 재순환 밸브(14)를 차단한다(S30).
상기 웨이스트 게이트 밸브(34)가 목표 부스트 압력을 기준으로 개방됨으로써, 상기 터빈(71)과 상기 컴프레서(72)가 회전하여 상기 흡기 라인(10)을 흐르는 흡기 가스가 상기 컴프레서(72)에 의해 압축되고, 압축된 흡기 가스가 상기 연소실(21)로 공급된다.
이때, 상기 연소실(21)로 공급되는 재순환 가스의 비율(EGR율)은 상기 이지알 밸브(54)의 개도량을 통해 조절된다.
그러나 상기 터보차저(70)가 동작하지 않는 운전 영역에서는, 상기 제어기(90)는 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)를 완전히 개방하지 않고 상기 웨이스트 게이트 밸브(34)의 개도량을 상기 설정량 이상으로 개방하며, 상기 재순환 밸브(14)를 개방한다. 이때, 상기 재순환 밸브(14)의 개도량을 상기 흡기 매니폴드(23) 내부의 압력에 따라 조절될 수 있다(S40).
상기 재순환 밸브(14)가 개방되면, 상기 흡기 바이패스 라인(12)을 통해 흡기 가스(외기+재순환 가스)의 일부(혼합 가스)가 상기 컴프레서(72) 전단의 흡기 라인(10)으로 공급되고, 상기 이지알 밸브(54)의 개도량에 따라 상기 흡기 라인(10)으로 재순환 가스가 공급되며, 또한 외기도 상기 흡기 라인(10)으로 공급된다.
즉, 상기 흡기 라인(10)에는 외기, 재순환 가스, 및 혼합 가스가 흐른다. 이때, 상기 혼합 가스에는 재순환 가스가 포함되어 있기 때문에, 상기 흡기 라인(10)을 흐르는 흡기 가스는 재순환 가스와 혼합 가스가 포함되어 있기 때문에, 상기 이지알 밸브(54)의 개도량이 일정하다고 가정할 때, 상기 흡기 라인(10)을 흐르는 흡기 가스의 EGR율은 증가하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 터보차저(70)가 동작하지 않는 운전 영역에서 상기 재순환 밸브(14)를 개방하여 흡기 라인(10)으로 혼합 가스를 공급하면 상기 흡기 라인(10)을 통해 연소실(21)로 공급되는 흡기 가스의 EGR율을 증가시킬 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 흡기 라인
12: 흡기 바이패스 라인
14: 재순환 밸브
16: 인터쿨러
20: 엔진
21: 연소실
23: 흡기 매니폴드
30: 배기 라인
32: 배기 바이패스 라인
34: 웨이스트 게이트 밸브
50: 이지알 장치
52: 이지알 라인
54: 이지알 밸브
56: 이지알 쿨러
60: 배기 가스 정화 장치
70: 터보차저
72: 터빈
74: 컴프레서
80: 운전 정보 감지부
90: 제어기

Claims (7)

  1. 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 연소실을 포함하는 엔진:
    상기 연소실로 공급되는 흡기 가스가 유입되는 흡기 라인;
    상기 연소실에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인;
    상기 배기 라인에 구비되고 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스에 의해 회전하는 터빈과 상기 흡기 라인에 구비되고 상기 터빈과 연동하여 회전하고 외기를 압축하는 컴프레서 포함하는 터보차저;
    상기 터보차저 후단의 배기 라인에서 분기되어 상기 흡기 라인으로 합류하는 EGR 라인, 상기 EGR 라인에 배치되어 상기 EGR 라인을 흐르는 배기 가스를 냉각시키는 EGR 쿨러를 포함하는 EGR 장치;
    상기 터빈의 전단에서 분기되어 상기 터빈의 후단으로 합류하는 배기 바이패스 라인에 설치되어 상기 터빈으로 유입되는 배기 가스량을 조절하는 웨이스트 게이트 밸브; 및
    상기 엔진 전단의 흡기 라인에서 분기되어 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 합류하는 흡기 바이패스 라인에 설치되어 상기 터보차저에 의해 압축된 흡기 가스의 일부를 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 공급하는 재순환 밸브;
    를 포함하는 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 터보차저, 상기 웨이스트 게이트 밸브, 상기 이지알 밸브 및 상기 재순환 밸브의 동작을 제어하는 제어기를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 터보차저가 동작하는 운전 영역에 따라 상기 재순환 밸브의 개도량을 조절하는 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 터보차저가 동작하지 않는 운전 영역에서, 상기 웨이스트 게이트 밸브를 완전히 개방하지 않고 상기 터보차저에 의해 부스트압이 형성되지 않을 정도로 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 설정값 이상으로 개방시키고,
    상기 이지알 밸브와 상기 재순환 밸브의 개도량을 조절하여 상기 흡기 라인을 통해 상기 연소실로 공급되는 흡기 가스의 EGR율을 조절하는 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 터보차저가 동작하는 운전 영역에서 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 목표 부스트 압력을 기준으로 제어하고,
    상기 이지알 밸브의 개도량을 조절하여 EGR율을 조절하는 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템.
  5. 엔진, EGR 장치, 및 터보차저를 포함하는 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템의 제어 방법에 있어서,
    운전 정보 감지부로부터 엔진의 요구 토크 및 요구 속도를 검출하는 단계;
    제어기에 의해, 요구 토크 및 요구 속도로부터 터보차저가 동작하는 운전 영역인지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 제어기에 의해, 상기 터보차저가 동작하는 운전 영역에 따라 상기 터보차저의 터빈으로 유입되는 배기 가스량을 조절하는 웨이스트 게이트 밸브의 개도량, 및 상기 엔진 전단의 흡기 라인에서 분기되어 상기 터보차저의 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 합류하는 흡기 바이패스 라인에 설치되는 재순환 밸브의 개도량을 조절하는 단계;
    를 포함하는 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템의 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 터보차저가 동작하지 않는 운전 영역에서,
    상기 웨이스트 게이트 밸브를 완전히 개방하지 않고 상기 터보차저에 의해 부스트압이 형성되지 않을 정도로 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 설정값 이상으로 개방시키고, 상기 이지알 밸브와 상기 재순환 밸브의 개도량을 조절하여 상기 흡기 라인을 통해 상기 연소실로 공급되는 흡기 가스의 EGR율을 조절하는 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템에 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 터보차저가 동작하는 운전 영역에서 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개도량을 목표 부스트 압력에 따라 조절하고,
    상기 이지알 밸브의 개도량을 조절하여 EGR율을 조절하는 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진 시스템의 제어 방법.
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