KR101231377B1 - Control method for variable geometry compressor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 VGC 제어방법에 관한 것으로, 초기 EGR율, 초기 EGR율에 따른 VGC 베인의 위치 및 VGC 효율을 계산하는 제1 단계; 현재 운전상태에서 VGC의 효율을 계산하는 제2 단계; 현재 운전 상태에서의 VGC 효율과 이전 베인의 위치에서의 VGC 효율과 비교하는 제3 단계; 상기 제3 단계에서 현재 운전상태의 VGC 효율이 이전 베인의 위치에서의 VGC 효율보다 큰 경우 VGC 베인의 위치를 변경하고 상기 제2 단계를 수행하는 제4 단계; 그리고 상기 제3 단계에서 현재 운전 상태에서의 VGC 효율이 이전 베인의 위치에서의 VGC 효율보다 작은 경우 현재의 VGC 베인의 위치를 최적의 위치로 판단하는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 의해서 EGR율이 변화하더라고 VGC의 효율에 근거하여 VGC 베인의 위치를 최적의 위치로 변경할 수 있으며 이로 인해서 EGR율이 증가되더라도 VGC의 효율이 저하되지 않는 효과를 가진다. The present invention relates to a VGC control method, comprising: a first step of calculating an initial EGR rate, a position of a VGC vane according to an initial EGR rate, and a VGC efficiency; A second step of calculating the efficiency of the VGC in the current operating state; A third step of comparing the VGC efficiency in the current operating state with the VGC efficiency at the position of the previous vane; A fourth step of changing the position of the VGC vanes and performing the second step if the VGC efficiency of the current operation state is greater than the VGC efficiency at the position of the previous vane in the third step; And a fifth step of determining the current position of the current VGC vane as an optimal position when the VGC efficiency in the current operation state is smaller than the VGC efficiency at the position of the previous vane. With this configuration, even if the EGR rate is changed, the position of the VGC vane can be changed to the optimal position based on the efficiency of the VGC. Thus, even if the EGR rate is increased, the efficiency of the VGC is not reduced.

EGR율, VGC, VGT, 베인 EGR Rate, VGC, VGT, Vane

Description

가변압축기(ＶＧＣ) 제어방법{Control method for variable geometry compressor}Control method for variable geometry compressor

본 발명은 가변압축기(VGC) 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 EGR(Exhaust Gas Recirculation}율이 증가되는 경우 EGR율에 대해서 압축기 베인의 위치를 최적화할 수 있는 가변압축기(VGC) 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control method of a variable compressor (VGC), and more particularly, to a control method of a variable compressor (VGC) capable of optimizing the position of the compressor vane with respect to the EGR rate when the EGR rate is increased. It is about.

최근 디젤엔진의 출력 향상과 환경오염을 유발시키는 유해한 배기가스의 배출을 저감시키기 위해서 VGT(Variable Geometry Turbocharger, 이하 'VGT'라고 함)가 엔진에 적용되고 있다. 또한 압축기 효율을 높이기 위해서 VGC(Variable Geometry Compressor, 가변압축기, 이하 'VGC'라고 함)가 추가로 적용되고 있다. Recently, the VGT (Variable Geometry Turbocharger, hereinafter referred to as 'VGT') has been applied to engines in order to improve the output of diesel engines and reduce the emission of harmful exhaust gases causing environmental pollution. In addition, VGC (Variable Geometry Compressor, variable compressor, hereinafter referred to as 'VGC') is additionally applied to increase compressor efficiency.

상기 VGT는 터빈 입구부 면적을 가변 베인(Vane)으로 조절하여 운전 영역별로 최적의 입구부 면적을 제어함으로써 터빈의 효율을 높여주고, 이를 통해서 출력을 향상시킴과 동시에 유해한 배기가스를 저감시킨다.The VGT adjusts the turbine inlet area to a variable vane to control the optimum inlet area for each operating area to increase the efficiency of the turbine, thereby improving output and reducing harmful exhaust gases.

상기 VGC는 도 1에 도시한 것과 같이 VGT와 유사하게 위치가 조절되는 베인(20)을 구비하고 엔진 운전 영역별로 최적의 베인(20) 위치를 결정하여 압축기(10)의 효율을 높임으로써 연비를 높이고, 유해한 배기가스를 저감시키며, 아울 러 전체적인 성능을 향상시키게 된다.The VGC has a vane 20 whose position is adjusted similarly to the VGT as shown in FIG. 1, and determines the optimum vane 20 position for each engine operation region to increase the efficiency of the compressor 10 to increase fuel efficiency. Higher emissions, less harmful emissions, and improved overall performance.

한편, 디젤 엔진은 녹스(NOx)의 배출을 방지하기 위해서 연소되어 배출되는 가스의 일부를 압축기로 순환시키는 EGR(Exhaust Gas Recirculation, 이하 'EGR'이라 함) 방법을 사용하고 있다. On the other hand, diesel engines use the EGR (Exhaust Gas Recirculation, hereinafter 'EGR') method of circulating a part of the gas discharged by combustion to the compressor to prevent the discharge of NOx (NOx).

종래 EGR을 행하는 디젤엔진에서는 EGR이 없는 상태에서 VGC 베인의 위치를 조절해 가면서 흡기에서 최대의 부스트(boost)압이 발생하는 위치를 VGC 베인 위치로 결정하고, 이후 VGC 베인을 고정한 상태에서 운전하였다. 이러한 종래 기술은 운전 중에 EGR율이 변화하게 되더라도 VGC 베인의 위치가 변화하지 않으며, 도 2에 도시한 것과 같이 EGR율이 증가하게 되면 압축기 효율이 저하되는 문제점이 있었다.In a conventional diesel engine that performs EGR, the position of the maximum boost pressure at the intake air is determined as the VGC vane position while adjusting the position of the VGC vane in the absence of EGR, and then the VGC vane is operated with the VGC vane fixed. . The conventional technology does not change the position of the VGC vanes even if the EGR rate changes during operation, and as shown in FIG. 2, there is a problem in that the compressor efficiency decreases when the EGR rate increases.

따라서 EGR율이 증가되는 경우 녹스 등이 배출을 저감시킬 수 있지만, VGC의 효율이 저하되는 문제점을 발생시킨다. Therefore, when the EGR rate is increased, the Knox and the like can reduce the emission, but causes a problem that the efficiency of the VGC is lowered.

본 발명은 위에서 설명한 종래 VGC 제어방법으로 인해서 발생하는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 운전 중에 EGR율의 증가에 대해서 VGC 베인의 위치를 최적의 위치로 변화시킴로써 VGC의 효율을 저하시키지 않으면서 녹스의 발생을 감소시킬 수 있는 VGC 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems caused by the conventional VGC control method described above, by changing the position of the VGC vane to the optimum position with respect to the increase of the EGR rate during operation, without reducing the efficiency of the VGC It is an object of the present invention to provide a VGC control method capable of reducing occurrence.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따르는 VGC 제어방법은, 초기 EGR 율, 초기 EGR율에 따른 VGC 베인의 위치 및 VGC 효율을 계산하는 제1 단계; 현재 운전상태에서 VGC의 효율을 계산하는 제2 단계; 현재 운전 상태에서의 VGC 효율과 이전 베인의 위치에서의 VGC 효율과 비교하는 제3 단계; 상기 제3 단계에서 현재 운전상태의 VGC 효율이 이전 베인의 위치에서의 VGC 효율보다 큰 경우 VGC 베인의 위치를 변경하고 상기 제2 단계를 수행하는 제4 단계; 그리고 상기 제3 단계에서 현재 운전 상태에서의 VGC 효율이 이전 베인의 위치에서의 VGC 효율보다 작은 경우 현재의 VGC 베인의 위치를 최적의 위치로 판단하는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 의해서 EGR율이 변화하더라고 VGC의 효율에 근거하여 VGC 베인의 위치를 최적의 위치로 변경할 수 있으며 이로 인해서 EGR율이 증가되더라도 VGC의 효율이 저하되지 않는다. In order to achieve the above object, a VGC control method according to the present invention includes a first step of calculating an initial EGR rate, a position of a VGC vane according to an initial EGR rate, and a VGC efficiency; A second step of calculating the efficiency of the VGC in the current operating state; A third step of comparing the VGC efficiency in the current operating state with the VGC efficiency at the position of the previous vane; A fourth step of changing the position of the VGC vanes and performing the second step if the VGC efficiency of the current operation state is greater than the VGC efficiency at the position of the previous vane in the third step; And a fifth step of determining the current position of the current VGC vane as an optimal position when the VGC efficiency in the current operation state is smaller than the VGC efficiency at the position of the previous vane. With this configuration, even if the EGR rate is changed, the position of the VGC vane can be changed to the optimum position based on the efficiency of the VGC. Thus, even if the EGR rate is increased, the efficiency of the VGC is not deteriorated.

또한, 본 발명에 따르는 VGC 제어방법의 상기 제4 단계에서 VGC 베인의 위치 변경은 베인을 완전히 개방한 상태를 100%라고 하였을 경우 5%씩 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the fourth step of the VGC control method according to the present invention, the position change of the VGC vanes is characterized by closing 5% when the vanes are completely opened.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은 VGC 베인의 위치를 운전 중 특히 EGR율이 증가하더라도 VGC 효율에 근거하여 결정할 수 있으며, 이로 인해서 VGC 효율을 저하시키지 않으면서 녹스를 저감시킬 수 있는 효과를 가진다.As described above, the present invention can determine the position of the VGC vanes on the basis of the VGC efficiency even if the EGR rate is increased during operation, thereby having an effect of reducing the rusty without lowering the VGC efficiency.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 VGC 제어방법에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 도 3은 본 발명에 따르는 VGC 제어방법을 나타내는 순서도이 며, 도 4는 본 발명에 따르는 VGC 제어방법을 사용한 경우 EGR율의 증가에 대한 VGC 효율의 변화를 나타내는 그래프이다.Hereinafter, a VGC control method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 3 is a flowchart showing a VGC control method according to the present invention, Figure 4 is a graph showing the change in the VGC efficiency with respect to the increase in the EGR rate when using the VGC control method according to the present invention.

도 3에 도시한 것과 같이 본 발명에 따르는 VGC 제어방법은 EGR율의 증가에 따라서 VGC 베인의 위치를 변경하되, 그 근거를 베인의 위치가 변경된 상태에서의 VGC 효율에 기초한다는 것이다.As shown in FIG. 3, the VGC control method according to the present invention changes the position of the VGC vane according to the increase of the EGR rate, but based on the VGC efficiency in the state where the vane position is changed.

구체적으로, 제1 단계(S1)에서는 초기 EGR율, 초기 EGR율에 따른 VGC 베인의 위치 및 VGC 효율을 계산한다. 초기 EGR율은 아래의 식으로 계산된다.Specifically, in the first step S1, the position of the VGC vanes and the VGC efficiency according to the initial EGR rate, the initial EGR rate are calculated. The initial EGR rate is calculated with the equation

[식 1][Formula 1]

EGR율 = (유입 매니폴드에서의 CO2 가스의 농도)/(유출 매니폴드에서의 CO2 가스의 농도)EGR rate = (concentration of CO 2 gas in the inlet manifold) / (concentration of CO 2 gas in the outlet manifold)

보통 초기 상태에서 유입되는 공기 중의 CO2 농도는 유출되는 배기가스 내의 CO2 농도에 비해 극히 작으므로 무시 가능하며, 따라서 초기 EGR율은 거의 0이 된다. 즉, 초기에는 EGR이 없는 상태로 설정된다. Usually, the CO 2 concentration in the air introduced in the initial state is extremely small compared to the CO 2 concentration in the exhaust gas flowing out, and thus can be ignored, so that the initial EGR rate is almost zero. That is, initially, it is set in the state without EGR.

초기 EGR 율에 따르는 VGC 베인의 위치는 종래와 같이 유입시 최대 부스트(boost)압이 발생하는 위치로 설정되거나, 또는 VGC 베인이 완전히 개방된 위치로 설정된다. The position of the VGC vanes according to the initial EGR rate is set to the position where the maximum boost pressure occurs upon inflow as in the prior art, or to the position where the VGC vanes are fully open.

한편, VGC 효율은 일반적으로 알려진 압축기 효율을 구하는 식을 사용하여 계산된다. 일반적으로 압축기 효율은 압력 및 온도를 변수로 가지는 함수로서 구성된다. 구체적으로 다음과 같다. On the other hand, VGC efficiency is generally calculated using a formula for obtaining known compressor efficiency. In general, compressor efficiency is configured as a function of pressure and temperature as variables. Specifically, it is as follows.

[식 2][Formula 2]

PC = (P_ATM×10 + P_IC_IN×10 + P2CDYN)/(P_ATM×10 + P_CP_IN×10 + P1CDYN)PC = (P_ATM × 10 + P_IC_IN × 10 + P2CDYN) / (P_ATM × 10 + P_CP_IN × 10 + P1CDYN)

(여기서, PC는 압축기 전후 압력비이며, P_ATM은 대기압(kPa)이며, P_IC_IN은 인터쿨러의 입구 압력(kPa)이며, P_CP_IN은 압축기의 입구 압력(kPa)이며, P1CDYN은 압축기 입구 동압(kPa)이며, P2CDYN은 압축기 출구 동압(kPa)이다.)Where PC is the pressure ratio before and after the compressor, P_ATM is atmospheric pressure (kPa), P_IC_IN is the inlet pressure of the intercooler (kPa), P_CP_IN is the compressor's inlet pressure (kPa), and P1CDYN is the compressor inlet dynamic pressure (kPa), P2CDYN is the compressor outlet dynamic pressure (kPa).)

[식 3][Equation 3]

Yc = (PC(0.395/1.395))-1Yc = (PC (0.395 / 1.395) ) -1

[식 4] [Formula 4]

ETAC = (T_CP_IN +273.15)×Yc/DELT_COMPETAC = (T_CP_IN +273.15) × Yc / DELT_COMP

(여기서, T_CP_IN은 압축기 입구 온도(℃)이며, DELT_COMP는 압축기의 전후 온도차(℃)이다.)(T_CP_IN is the compressor inlet temperature (° C), and DELT_COMP is the front and rear temperature difference (° C) of the compressor.)

[식 5][Equation 5]

VGC 효율 = ETAC×100VGC Efficiency = ETAC × 100

즉, VGC 효율은 식 2 내지 식 5에 나타낸 과정을 통해서 구해진다.That is, VGC efficiency is calculated | required through the process shown to Formulas 2-5.

다음으로, 제2 단계(S2)에서는 현재 운전상태, 즉 엔진이 운전되어 EGR율이 변화하는 상태에서 VGC 효율을 계산한다. 구체적인 계산은 식 2 내지 식 5에서 제시된 수식에 의해서 수행된다.Next, in the second step S2, the VGC efficiency is calculated in the current operating state, that is, the engine is driven and the EGR rate is changed. Specific calculation is performed by the formulas shown in Equations 2 to 5.

이후, 제3 단계(S3)에서는 상기 제2 단계에서 계산된 VGC 효율과 이전 단계 에서의 VGC 효율과 비교한다. 최초 시작하는 경우에는 상기 이전 단계의 VGC 효율은 상기 제1 단계에서의 VGC 효율이지만, 그 이후에는 상기 이전 단계의 VGE 효율은 VGC 베인의 변경되기 전의 위치에서의 VGC 효율이 된다.In the third step S3, the VGC efficiency calculated in the second step is compared with the VGC efficiency in the previous step. In the case of initial start-up, the VGC efficiency of the previous stage is the VGC efficiency of the first stage, but after that the VGE efficiency of the previous stage is the VGC efficiency at the position before the VGC vane is changed.

상기 제3 단계(S3)에서 현재 VGC 효율과 이전 VGC 베인 위치에서의 VGC 효율보다 큰 경우에는 VGC 효율의 최적의 위치에 존재하지 않는 것으로 판단하고 VGC 베인의 위치를 다시 변경시킨다(제4 단계(S4)). 상기 제4 단계(S4)에서의 VGC 베인의 위치는 베인이 완전히 개방된 상태를 100%라고 했을 때, 5%씩 폐쇄하는 위치로 변경을 행한다.If it is greater than the current VGC efficiency and the VGC efficiency at the previous VGC vane position in the third step S3, it is determined that it is not present at the optimal position of the VGC efficiency and the position of the VGC vane is changed again (fourth step ( S4)). The position of the VGC vane in the fourth step S4 is changed to the position of closing by 5% when the vane is completely opened.

이후, VGC 베인의 위치가 변경된 상태에서 상기 제2 단계(S2)를 수행하여 변경된 위치에서의 VGC 효율을 계산하고, 상기 제3 단계(S3)에서 VGC 효율을 비교하게 되도록 하여 위 과정을 반복한다.Thereafter, in the state where the position of the VGC vane is changed, the second step S2 is performed to calculate the VGC efficiency at the changed position, and the above process is repeated to compare the VGC efficiency at the third step S3. .

이러한 반복적인 과정 중 제3 단계(S3)에서 현재 VGC 효율이 이전 VGC 베인 위치에서의 VGC 효율 보다 작다고 판단된 경우, 현재의 VGC 베인의 위치가 최적의 위치라고 판단하고 VGC 베인을 최적의 위치로 고정시킨다(제5 단계(S5)).If it is determined that the current VGC efficiency is smaller than the VGC efficiency at the previous VGC vane position in the third step (S3) of this iterative process, it is determined that the current VGC vane position is the optimal position and the VGC vane is the optimal position. Fixing (fifth step S5).

따라서, 본 발명은 EGR율이 변화하더라고 VGC 효율이 최적화되는 VGC 베인의 최적 위치를 결정할 수 있다. 그 결과, 도 4에 도시한 것과 같이 EGR율이 증가하더라도 VGC 효율이 저하되지 않고 증가되는 결과를 얻게 되며, 아울러 녹스 등 유해 가스의 배출도 방지할 수 있게 된다.Therefore, the present invention can determine the optimal position of the VGC vanes for which the VGC efficiency is optimized even if the EGR rate changes. As a result, as shown in FIG. 4, even if the EGR rate is increased, the VGC efficiency is increased without deterioration, and at the same time, it is possible to prevent the emission of harmful gases such as rusty.

도 1은 가변압축기(VGC)를 나타내는 도면.1 shows a variable compressor (VGC).

도 2는 종래기술의 VGC 베인 위치 결정에 따른 EGR율의 증가에 대한 VGC 효율과의 변화를 나타내는 그래프.Figure 2 is a graph showing the change with the VGC efficiency with respect to the increase in the EGR rate according to the prior art VGC vane positioning.

도 3은 본 발명에 따르는 VGC 제어방법을 나타내는 순서도.3 is a flow chart showing a VGC control method according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따르는 VGC 제어방법을 사용한 경우 EGR율의 증가에 대한 VGC 효율의 변화를 나타내는 그래프.Figure 4 is a graph showing the change in VGC efficiency with respect to the increase in the EGR rate when using the VGC control method according to the present invention.

Claims (2)

초기 EGR율, 초기 EGR율에 따른 VGC 베인의 위치 및 VGC 효율을 계산하는 제1 단계,A first step of calculating the initial EGR rate, the position of the VGC vanes according to the initial EGR rate, and the VGC efficiency, 현재 운전상태에서 VGC의 효율을 계산하는 제2 단계, A second step of calculating the efficiency of the VGC in the current operating state, 현재 운전 상태에서의 VGC 효율과 이전 베인의 위치에서의 VGC 효율과 비교하는 제3 단계,A third step of comparing the VGC efficiency in the current operating state with the VGC efficiency at the position of the previous vane, 상기 제3 단계에서 현재 운전상태의 VGC 효율이 이전 베인의 위치에서의 VGC 효율보다 큰 경우 VGC베인의 위치를 변경하고 상기 제2 단계를 수행하는 제4 단계, 그리고A fourth step of changing the position of the VGC vanes and performing the second step if the VGC efficiency of the current operation state is greater than the VGC efficiency at the position of the previous vane in the third step, and 상기 제3 단계에서 현재 운전 상태에서의 VGC 효율이 이전 베인의 위치에서의 VGC 위치에서의 VGC 효율보다 작은 경우 현재의 VGC 베인의 위치를 최적의 위치로 판단하는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 VGC 제어방법.And a fifth step of determining the position of the current VGC vane as an optimal position when the VGC efficiency in the current driving state is smaller than the VGC efficiency at the VGC position at the position of the previous vane. VGC control method. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제4 단계에서 VGC 베인의 위치 변경은 베인을 완전히 개방한 상태를 100%라고 하였을 경우 5%씩 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 VGC 제어방법.In the fourth step, the position change of the VGC vanes is VGC control method characterized in that to close the vanes by 5% if the state of fully open the vanes.
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