KR100215660B1 - 흡기포토에서의 공기유량예측을 이용한 공연비 제어방법 - Google Patents

Abstract

흡기포트로 유입되는 공기량을 정확히 예측하고 그에 따라 연료분사량을 조절하므로써 정확한 공연비제어를 할 수 있도록 해주며, 엔진의 각각의 회전수와 상기 흡기매니폴드에서의 각각의 압력에 대한 흡기포트에서의 공기유량을 실험에 의해 테이블화하는 단계, 쓰로틀 밸브에서의 공기유량과 흡기매니폴드에서의 초기압력값 및 흡기포트에서의 초기공기유량을 식)p_m(k+1) = p_m(k) + h(RTm/Vm)(mat -map) 에 대입하여 다음 사이클에서의 훔기매니폴드에서의 압력값을 산출하는 단계, 산출된 흡기매니폴드에서의 압력값과 엔진의 회전수에 해당하는 흡기포트에서의 공기유량을 테이블에서 산출하는 단계, 산출된 흡기포트에서의 공기유량값을 압력값을 산출하는 단계로 피드백하는 단계 및 산출된 흡기포트에서의 공기유량값에 따라연료분사량을 조절하는 단계를 포함하는 구성으로 이루어진 흡기포트에서의 공기유량예측을 이용한 공연비 제어방법에 관한 발명.

Description

흡기포트에서의 공기유량예측을 이용한 공연비 제어방법

본 발명은 공연비 제어방법에 관한 것으로, 특히 흡기포트에서의 공기유량을 예측하여 그예 따라 연료분사량을 조절하므로 써 엔진의 공연비를 제어하는 흡기포트에서의 공기유량예측을 이용한 공연비 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 대부분의 엔진에서는 엔진으로 흡입되는 공기유량을 공기유량센서를 이용하여 측정하고, 그 측정값을 기준으로 공연비를 산출하며 각 제어변수의 기준값으로 사용한다. 여기서의 공연비라는 것은 연소가 일어나는 실린더 내부에서의 공기와 연료의 질량비를 말한다. 하지만 복잡한 엔진의 흡기계에서의 동특성으로 인해, 특히 흡기포트에서 공기유량센서로 측정한 공기량은 실제 흡기포트를 통해 실린더로 유입되는 공기량과는 차이가 발생한다.

즉, 종래에는 정확한 공연비 산출이 이루어지지 않아 공연비의 정밀제어가 어려웠고 이로 인해 배기가스를 충분히 저감시킬 수 없었다는 단점이 있었다.

본 발명의 목적은 흡기포트로 유입되는 공기량을 정확히 예측하고 그에 따라 연료분사량을 조절하므로써 정확한 공연비제어를 할 수 있도록 해주는 흡기포트에서의 공기유량예측을 이용한 공연비 제어방법을 제공하는 데 있다.

제 1 도는 엔진의 흡기계를 개략적으로 나타낸 도면이고,

제 2 도는 흡기매니폴드에서의 압력값과 엔진의 회전수에 대한 흡기포트에서의 공기유량을 테이블화한 개념을 나타낸 그래프,

제 3 도는 본 발명의 방법을 구현하기 위한 공연비 제어장치의 구성을 나타낸 블록도이고,

제 4 도는 본 발명에 따른 흡기포트에서의 유량예측을 이용한 공연비 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 실린더 12 : 흡기포트

14 : 배기포트 20 : 흡기매니폴드

30 : 쓰로틀 밸브 40 : 배기매니폴드

50 : 엔진회전수감지부 52 : 공기유량감지부

54 : ECU 56 : 연료분사장치

본 발명의 목적은 쓰로틀 밸브와 흡기매니폴드를 거친 공기가 유입되는 흡기포트를 갖는 엔진의 공연비 제어방법에 있어서, 엔진의 각각의 회전수와 흡기매니폴드에서의 각각의 압력에 대한 흡기포트에서의 공기유량을 실힘에 의해 테이블화하는 단계, 쓰로틀 밸브에서의 공기유량과 흡기매니폴드에서의 초기압력값 및 흡기포트에서의 초기공기유량을 식) pm(k+1) = pm(k) + h(RTm/Vm) (mat - map) 에 대입하여 다음 사이클에서의 흡기매니폴드에서의 압력값을 산출하는 단계, 산출된 흡기매니폴드에서의 압력값과 엔진의 회전수에 해당하는 흡기포트에서의 공기유량을 테이블에서 산출하는 단계, 산출된 흡기포트에서의 공기유량값을 압력값을 산출하는 단계로 피드백하는 단계 및 산출된 흡기포트에서의 공기유량값에 따라 연료분사량을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기포트에서의 공기유량예측을 이용한 공연비 제어방법에 의해 달성 가능하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

제 1 도는 엔진의 흡기계를 개략적으로 나타낸 도면이고, 제 2 도는 흡기매니폴드에서의 압력값과 엔진의 회전수에 대한 흡기포트에서의 공기유량을 테이블화한 개념을 나타낸 그래프이다. 제 1도에는 엔진의 실린더(10)가 도시되어 있다. 이 실린더(10)의 상단에는 흡기포트(12)와 배기포트(14)가 각각 형성되어 있다. 흡기포트(12)에는 흡기매니폴드(20)가 연결되어 있고, 흡기매니폴드(20) 앞쪽으로 쓰로틀 밸브(30)가 배치되어 있으며, 배기포트(14)에는 배기매니폴드(40)가 연결되어 있다.

공기는 쓰로틀 밸브(30)와 흡기매니폴드(20)를 거쳐 흡기포트(12)를 통해 실린더(10) 내부로 유입되고, 실린더(10) 내부에서 연소된 연소가스는 배기포트(14)와 배기매니폴드(40)를 거쳐 배출된다.

제 1 도에서 흡기매니폴드(20)에서의 압력을 p_m, 온도를 Tm, 체적을 Vm, 쓰로틀 밸브(30)에서의 공기유량을 m_at, 흡기포트(12)에서의 공기유량을 m_ap라하고 흡기매니폴드(20)에서의 압력변화를 구해보면(여기서 공기는 이상기체로 가정함),

d_Pm/dt = RTm/Vm(dmair/dt) = RTm/Vm(m_at- m_ap) --------- 식(1)

속도와 밀도간의 관계식으로부터

map ≒ {(N/60) (Vd/2)ev}/RTm × pm ---------------------식2)

단, 여기서 N은 엔진회전수, Vd 배기량, ev은 체적효율이다.

식2)를 식1)에 대입하면

dpm/dt = RTm/Vm(mat - {(N/60) (Vd/2)ev/RTm × pm ) --------- 식3)

식1)과 식3)을 자세히 살펴보면 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다. 만약

P_m과 N을 일정하게 유지한다면(dpm/dt = 0, N = 일정)

m_at- m_ap= {(N/60) (Vd/2)evRTm × Pm --------------------- 식4)

여기서 {(1/60)(V_d/2)e_v}/RTm은 상수로 취급 가능하며, m_at, N, P_m을 알고 있

으므로 Vd·ev/120RTm은 계산 가능하다.

식4) 로부터

pm = [RTm/{(N/60) (V_d/2)e_v]m_ap-------------------------- 식5)

식5)에서 pa을 구할 수 있다.(여기에서 ev는 음합수적으로 포함되어 있다)

즉, 스테디(steady) 상태에서는(p_m, N:일정) 쓰로틀 밸브(30)에서의 공기유량과 흡기포트(12)에서의 공기유량이 동일하다. 따라서 실험적으로 흡기포트(12)에서의 공기유량을 테이블(table)화 할 수 있다. 이에 대한 개념은 제 2도 그래프를 보면 알 수 있다. 즉, 흡기매니폴드(20)에서의 각 압력과 엔진의 회전수에 대한 흡기포트(12)에서의 공기량을 뎨이터베이스화가 가능하다.

한편, 식1) 을 이산화(digitalize) 하면,

Pm(k+1) = Pm(k) + h·(RTm/Vm)·(m_at- m_ap) ------------------- 식6)

여기서, h는 샘플링 및 이산화주기이다.

다시 정리해보면, 엔진 운전 중 N, m_at는 센서로부터 입력되는 값이고, 이미 테이블화한 m_ap값으로부터 p_m값을 식5)를 이용해 예측할 수 있다. 이때 구한 p_m값을 식6)에 대입하면 다음번 사이클의 pm값을 예측할 수 있고, 이 값을 기준으로 다시 m_ap값의 계산이 가능하다. 이를 이용한 공연비 제어과정은 제 3 도와 제 4 도를 참조하여 설명한다.

제 3 도는 본 발명의 방법을 구현하기 위한 공연비 제어장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 제 4 도는 본 발명에 따른 흡기포트에서의 유량예측을 이용한 공연비 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

제 3 도에 나타낸 바와 같이 본 발명의 방법을 구현하기 공연비 제어장치는 엔진회전수를 감지하기 위한 엔진회전수감지부(50)와 위에서 설명한 흡기포트에서의 공기량을 감지하기 위한 공기유량감지부(52)를 구비하고 있다. 이 엔진회전수 감지부(50)와 공기유량감지부(52)는 ECU(54)에 연결되어 있고, ECU(54)에는 연료분사장치(56)가 연결되어 있다.

즉, ECU(54) 는 엔진회 전수감지부(50) 와 공기유량감지부(52) 에서 입 력되는 엔진의 회전수와 공기유량감지부(52)에서 입력되는 공기유량에 따라 연료분사장치(56)의 동작을 제어해 연료분사량을 조절하므로 써 공연비를 조정하게 된다.

제 4 도를 참조하여 공연비 제어과정을 더 상세히 설명하면, 먼저 공기유량센서를 이용해 쓰로틀 밸브에서의 공기유량 m_at을 측정한다. 쓰로틀 밸브에서는 공기의 흐름이 비교적 안정적이므로 공기유량센서를 사용하여도 된다. 이렇게 하여 측정된 m_at와 흡기매니폴드에서의 초기압력값p_m및 흡기포트에서의 초기공기 유량값 m_ap를 구하여(단계 101) 위에서 설명한 식6)을 이용해 다음 사이클의 예측압력값을 산출한다(단계 102). 그런 다음 앞에서 언급한 테이블을 이용해 산출된 예측압력값과 엔진회전수감지부에서 측정된 엔진의 회전수에 해당하는 흡기포트에서의 공기유량값을 산출한다(단계 103). 이렇게 하여 산출된 흡기포트에서의 공기유량값과 엔진회전수는 ECU로 인가함과 동시에 전 단계로 반복하여 피드백 시킨다.

이에 따라 ECU는 인가되는 흡기포트에서의 공기유량과 엔진의 회전수에 따라 연료분사장치의 동작을 제어하고(단계 104), 그에 따라 연료분사장치는 연료분사량을 조절하게 된다(단계 105). 그러면 정확한 공연비제어가 가능해진다.

이상의 설명에서 알 수 있듯이 본 발명에 따른 흡기포트에서의 공기유량예측을 이용한 공연비 제어방법을 이용하는 경우 정확한 공연비제어가 가능해 엔진의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 배기가스를 저감시킬 수 있다는 효과를 얻을수 있다.

Claims (1)

1. 쓰로틀 밸브와 흡기매니폴드를 거친 공기가 유입되는 흡기포트를 갖는 엔진의 공연비 제어방법에 있어서, 상기 엔진의 각각의 회전수와 상기 흡기매니폴드에서의 각각의 압력에 대한 상기 흡기포트에서의 공기유량을 실헙에 의해 테이블화하는 단계; 상기 쓰로틀 밸브에서의 공기유량과 상기 흡기매니폴드에서의 초기압력값 및 상기 흡기포트에서의 초기공기유량을 식)p_m(k+1) = Pm(k) + h(RTm/Vm)(m_at- m_ap) 에 대입하여 다음 사이클에서의 상기 흡기매니폴드에서의 압력값을 산출하는 단계; 상기 산출된 흡기매니폴드에서의 압력값과 상기 엔진의 회전수에 해당하는 상기 흡기포트에서의 공기유량을 상기 테이블에서 산출하는 단계;상기 산출된 흡기포트에서의 공기유량값을 상기 압력값을 산출하는 단계로 피드백하는 단계;및 상기 산출된 흡기포트에서의 공기유량값에 따라 연료분사량을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기포트에서의 공기유량예측을 이용한 공연비 제어방법.

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