Study on EGR estimation model by measuring temperatures and reduction of Diesel engine out emission through closed loop control based on the in-cylinder pressure with EGR model

Abstract

디젤 엔진은 정상상태에 비해서 과도 상태에서 운전될 때 더 많은 유해 배출 가스를 발생한다. 이는 급기 시스템과 연료 분사 시스템간의 부조화와 터보랙 (turbo-lag) 에 의해 발생한다. 특히 급격한 과도상태에서는 터보랙으로 인해서 흡기 압력이 배기 압력에 비해 늦게 변화하게 되며 EGR의 과잉 공급이나 부족 현상을 일으킨다. 디젤엔진의 연소는 EGR 율에 민감하므로 정확한 EGR 율을 알 수 있다면 디젤 주분사시기, EGR 밸브 개도량, 연료량 등의 인자등의 제어를 통해서 배기 가스를 저감할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 실린더로 공급되는 기체내의 EGR 율을 계산 할 수 있는 모델을 개발 하였다. 반응성이 매우 빠른 열전대를 이용하여 인터쿨러 후단의 온도, EGR 가스의 온도 및 흡기 다기관의 온도를 측정하여 에너지 보존 법칙을 이용하여 EGR 율을 계산하였다. 모델의 정확성을 높이기 위하여 흡기 다기관 내에서의 열전달을 고려하였다. 이 모델은 정상상태에서 기존의 CO2의 농도를 통해서 EGR 율을 계산하는 기존의 방식을 통해서 검증하였다. 또한 개발된 모델을 폐회로 제어에 적용하였다. 실시간 연소 해석을 통해서 MFB50을 feedback으로 받으며 목표 MFB50을 추종하도록 주 분사 시기를 제어하도록 설계되어 있는 연소 제어기에 EGR 오차 보상 로직을 추가 하였다. 목표 EGR 율에 비해 모델로부터 계산된 현재의 EGR 율이 작을 경우 목표 MFB50을 둘의 차이에 비례하여 지각 시킴으로써 과다하게 배출 될 것으로 예상되는 NOx를 줄 일 수 있다. 엔진의 속력과 부하가 급격히 감소하는 구간에서 실제의 EGR율이 목표 EGR 율에 비해 현저히 감소하게 되고 이에 따라 NOx 배출이 증가 한다. 이 구간에 대하여 EGR 모델이 포함된 위의 제어 로직을 적용하였을 경우 NOx 의 과다 발생을 억제 할 수 있음을 확인하였다.