KR100306400B1 - 연료분사량제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 촉매 과열을 방지하기 위한 연료 분사량 제어방법에 관한 것으로서,
엔진회전수(N)와 공기 흡입량(A)에 따라 연료 분사량을 제어하는 연료 분사량 제어방법에 있어서,
주행중 엔진의 과열 여부를 판단하고, 상기 판단결과 엔진이 과열상태이면 촉매과열 방지모드로 전환하는 제 1 과정과,
촉매과열 방지모드가 설정되면, 소정의 주기마다 미리 설정된 보정값을 적용하여 연료 분사량을 증가시키는 제 2 과정과,
제 2 과정중에 연료 분사량이 목적량 만큼 증가되면 연료 분사량이 증가된 상태로 일정시간 동안 유지하는 제 3 과정과,
제 3 과정 이후 소정의 주기마다 미리 설정된 보정값을 적용하여 연료 분사량을 감소시키고, 연료 분사량이 원상태로 복귀되면 촉매과열 방지모드를 해제시키는 제 4 과정으로 진행되는 것을 특징으로 하여 엔진 과열시 엔진에서 배출되는 고온의 배기가스에 의해 촉매가 과열되어 촉매의 내구성, 내열성, 내열 충격성 등이 하락하는 것을 방지할 수 있도록 한 연료 분사량 제어방법에 관한 것이다.

Description

연료 분사량 제어방법
본 발명은 촉매 과열을 방지하기 위한 연료 분사량 제어방법에 관한 것으로서, 특히 크랭크각센서 값에 의해 연산된 점화 지연각과 엔진 회전수에 따라 소정의 엔진 과열지수를 산출하고, 상기 산출된 엔진 과열지수에 따라 엔진의 각 실린더로 공급되는 연료 분사량을 증감시킴으로서, 엔진 과열시 엔진에서 배출되는 고온의 배기가스에 의해 촉매가 과열되어 촉매의 내구성, 내열성, 내열 충격성 등이 하락하는 것을 방지할 수 있도록 한 연료 분사량 제어방법에 관한 것이다.
도 1 은 연료 분사량 제어를 위한 일반적인 하드웨어적 구성을 보인 블럭도로서,
냉각수 온도를 감지하는 수온센서(1)와, 엔진(7)으로 공급되는 공기량을 감지하는 공기량센서(2)와, 크랭크 축이 압축 상사점에 대해 어느 위치에 있는 가를 감지하는 크랭크 각 센서(3)와, 엔진(7)을 구성하는 1번 실린더 상사점에 대응하는 기준신호를 검출하는 TDC(TOP DEAD CENTER) 센서(4)와, 엔진(7)으로 공급되는 공기의 온도를 감지하는 흡기온도센서(5)와, 상기 각각의 센서에 의해 감지된 각종 정보에 따라 엔진(7)의 전반적인 동작을 제어하는 ECU(6)와, 상기 ECU(6)의 제어에 따라 공급되는 연료로 연소동작을 수행하여 소정의 동력을 발생시키는 엔진(7)으로 구성되며, 상기 미설명된 도면부호 8 은 엔진(7)의 연소동작에 의해 배출되는 배기가스를 정화시키기 위한 촉매이다.
상기 설명에서와 같이 대부분의 엔진(7)은 각각의 센서(1∼5)에 의해 감지된 냉각수온도, 공기흡입량, 엔진회전수(N), 흡기온도 등의 정보를 이용한 ECU(6)의 제어에 의해 구동하게 된다.
상기 ECU(6)는 엔진(7)의 각 실린더로 공급되는 연료의 분사량, 점화시기 등을 제어하여 엔진(7)이 정상적으로 구동하도록 하는데, 상기 ECU(6)에 의한 종래의 연료 분사량 제어는 엔진회전수(N)와 공기흡입량(A)에 따라 수행된다.
즉, 엔진회전수(N)와 공기흡입량(A)에 따라 엔진(7)으로 공급되는 연료 분사량을 가변시켜 엔진(7)이 연소동작을 수행하게 되는 것이다.
그리고, 상기 엔진(7)의 연소동작에 의해 발생된 배기가스는 엔진(7)의 배출단에 설치되어있는 촉매(8)에 의해 정화되는데, 상기 촉매(8)는 배기가스에 포함되어있는 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC)를 추가공급된 2차공기와 함께 산화시켜 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)로 만들어 배출하고, 배기가스에 포함되어있는 산화질소(NOX)에 대해서는 N2와 O2로 변환시켜 배출하므로서, 인체에 유해한 성분이 대기상에 배출되지 않게 된다.
그러나, 종래에는 연료분사량이 엔진회전수(N)와 공기흡입량(A)에 따라 조절되기 때문에 일정시간 동안 차량이 일정속도로 주행하게되면 엔진이 과열되면서 고온의 배기가스가 배출되어 촉매가 과열되고, 상기 촉매가 과열됨에 따라 촉매의 내열성, 내구성 등이 하락하게 됨에 따라 촉매가 제기능을 발휘하지 못하게되어 배기가스에 포함되어있는 유해성분이 정상적으로 제거되지 못하는 문제점이 있었다.
따라서, 상기 문제점을 해결하기위한 본 발명은 크랭크각센서 값에 의해 연산된 점화 지연각과 엔진 회전수에 따라 소정의 엔진 과열지수를 산출하고, 상기 산출된 엔진 과열지수에 따라 엔진의 각 실린더로 공급되는 연료 분사량을 증감시킴으로서, 엔진 과열시 엔진에서 배출되는 고온의 배기가스에 의해 촉매가 과열되어 촉매의 내구성, 내열성, 내열 충격성 등이 하락하는 것을 방지할 수 있도록 한 연료 분사량 제어방법을 제공함을 목적으로 한다.
도 1 은 연료 분사량 제어를 위한 일반적인 하드웨어적 구성을 보인 블럭도.
도 2 는 본 발명의 연료 분사량 제어방법의 제어과정을 보인 플로우챠트.
도 3a 와 도 3b는 본 발명에 의해 구현된 연료 제어량을 보인 파형도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
3 : 크랭크각센서
6 : ECU
7 : 엔진
8 : 촉매
N : 엔진회전수
H : 엔진 과열지수
h : 점화 지연각
상기 목적달성을 위한 본 발명의 연료 분사량 제어방법은
엔진회전수(N)와 공기 흡입량(A)에 따라 연료 분사량을 제어하는 연료 분사량 제어방법에 있어서,
주행중 엔진의 과열 여부를 판단하고, 상기 판단결과 엔진이 과열상태이면 촉매과열 방지모드로 전환하는 제 1 과정과,
촉매과열 방지모드가 설정되면, 소정의 주기마다 미리 설정된 보정값을 적용하여 연료 분사량을 증가시키는 제 2 과정과,
제 2 과정중에 연료 분사량이 목적량 만큼 증가되면 연료 분사량이 증가된 상태로 일정시간 동안 유지하는 제 3 과정과,
제 3 과정 이후 소정의 주기마다 미리 설정된 보정값을 적용하여 연료 분사량을 감소시키고, 연료 분사량이 원상태로 복귀되면 촉매과열 방지모드를 해제시키는 제 4 과정으로 진행되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 과정에서 엔진의 과열여부 판단은, 현재의 크랭크각센서 값으로 엔진의 점화지연각(h)을 연산하는 단계와, 상기 연산된 점화 지연각(h)과 엔진 회전수(N)에 따라 소정의 엔진 과열지수(H)를 산출하는 단계와, 상기 엔진 과열지수(H)가 일정값(K)을 넘어설 경우 엔진이 과열상태인 것으로 판단하는 단계로 진행되는 것을 특징으로 한다.
상기 점화 지연각(h)은 녹킹현상에 의한 각 실린더의 점화 지연각을 적산한 후 평균하여서 얻어진 녹킹에 의한 점화 지연각과, 흡기온과 냉각수온에 의한 점화 지연각을 합하여 얻어진 실험 데이타인 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 과정과 제 4 과정에서의 연료 분사량 증가 및 감소는 크랭크 축이 720° 회전할때마다 여러번에 걸쳐 진행되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 과정은 엔진 과열지수에 대응하여 촉매온도가 평균치로 하강하는 시간동안 수행되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면 도 2 와 도 3 을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
상기 도 2 와 도 3 은 본 발명의 일 실시예를 도시한 것으로서, 도 2 는 본 발명의 제어과정을 보인 플로우챠트이고, 도 3 은 본 발명에 의해 구현된 연료의 분사량을 보인 파형도 이다.
상기 도면에 의하면 본 발명의 연료 분사량 제어방법의 제어과정은, 엔진의 과열여부를 판단하는 제 1 과정, 엔진 과열시 소정의 보정값에 따라 연료 분사량을 증가시키는 제 2 과정, 일정시간 동안 연료 분사량이 증가된 상태로 유지하는 제 3 과정, 소정의 보정값에 따라 연료 분사량을 감소시키는 제 4 과정으로 대별 구성된다.
그리고, 본 발명의 연료 분사량 제어방법이 구현되기 위한 하드웨어적 구성은 도 1 에 도시된 일반적인 하드웨어적 구성과 동일하므로 별도의 설명을 피하기로 하며, 본 발명의 동작설명을 각 과정별로 나누어 설명하기로 한다.
◆ 제 1 과정 ◆
자동차가 주행을 시작하면 ECU(6)는 엔진(7)의 과열여부를 판단한다.
엔진 과열여부의 판단은 ECU(6)가 크랭크각센서(3)에서 감지되는 크랭크축의 압축상사점에 대한 위치값을 이용하여 엔진의 점화 지연각(h)을 연산하고, 상기 연산동작에 의해 점화지연각(h)이 얻어지면 현재의 엔진회전수(N)와 상기 연산된 점화지연각(h)을 이용하여 소정의 엔진 과열지수(H)를 산출한다.
여기서, 상기 점화 지연각(h)은 통상의 엔진에서 녹킹현상에 의한 각 실린더의 점화지연각을 적산한 후 평균한 점화 지연각 즉, 녹킹현상에 의한 점화지연각과, 흡기온과 냉각수온에 의한 점화 지연각을 각각 합하여 얻어진 실험 데이타와 대응된다.
즉, 상기 실험 데이타는 일반적으로 실린더 압력이 급격히 상승함에 따라 노킹현상이 발생하면 이 노킹현상을 제거하기 위하여 점화시기를 지연시키는 점화 지연각과, 흡기온과 냉각수온이 상승함에 따라 엔진이 과열되는 것을 방지하기 위하여 점화시기를 지연시키는 점화 지연각을 합산하여 얻어진 데이타로서, 상기 연산된 점화 지연각(h)은 실험 데이타와 대응되며, 상기 점화 지연각(h)이 클수록 엔진(7) 자체의 온도가 높은것으로 판단된다.
예를들어, 점화 지연각(h)이 10일 경우보다 20일 경우가 엔진(7)의 과열정도가 높은 상태이다.
그리고, 상기 엔진 과열지수(H)는 상기 설명과 같이 연산된 점화 지연각(h)과 엔진 회전수(N)에 따라 산출되는 것으로서, 상기 엔진 과열지수(H)는 엔진의 과열여부를 판단하는 대표적인 정보로서 사용된다.
즉, 상기 엔진 과열지수(H)가 높을 수록 엔진(7) 온도가 높은 상태이고, 엔진 과열지수(H)가 낮을 수록 엔진(7) 온도가 낮은 상태이며, 실험에 의해 엔진(7)이 과열상태라고 판단되어지는 최소의 값 K를 ECU(6)에 저장하여 산출된 엔진 과열지수(H)가 상기 K 보다 높을 경우 ECU(6)는 엔진(7)이 과열된 상태로 판단한다.
상기 설명에서와 같이, 상기 ECU(6)는 크랭크각센서(3)에서 감지된 크랭크축 위치정보를 이용해서 소정의 점화 지연각(h)을 연산하고, 연산된 점화 지연각(h)과 엔진회전수(N)를 이용하여 소정의 엔진 과열지수(H)를 산출하며, 산출된 엔진 과열지수(H)를 미리 저장된 상수 K 와 비교하여 엔진 과열지수(H)가 상수 K 보다 높을 경우 현재 엔진(7)이 과열된 상태라고 판단하는 것이다.
이와같이 현재의 엔진(7)이 과열된 상태라고 판단되면, ECU(6)는 엔진(7)이 과열됨에 따라 엔진(7)에서 배출되는 고온의 배기가스에 의해 촉매(8)가 과열되는 것을 방지하기 위하여 도 3a와 같이 일정구간 동안 촉매과열 방지모드로 전환하게 된다.
◆ 제 2 과정 ◆
제 1 과정에서 촉매과열 방지모드가 설정되면, ECU(6)는 산출된 엔진 과열지수(H)에 대응되는 보정값을 적용하여 엔진(7)으로 공급되는 연료 분사량이 일정량 증가하도록 제어한다.
즉, ECU(6)는 산출 가능한 엔진 과열지수(H)에 대응하는 연료 분사량 보정값(실험에 의해 얻어짐)을 미리 저장하고 있으며, 이와같은 상태에서 상기 제 1 과정에서 엔진 과열지수(H)가 산출되면 이 엔진 과열지수(H)에 대응하는 보정값을 기존의 연료 분사량 제어값에 추가 적용하여 엔진(7)으로 공급되는 연료가 증가되는 것이다.
한편, 상기 연료 분사량 증가 동작은 도 3b의 T1 구간과 같이 단계적으로 일정량씩 증가하게 되며, 각 단계(t1)마다 증가되는 연료 분사량은 상기 보정값에 의해 제어되고, 상기와 같은 동작에 의해 연료 분사량이 일정값에 도달하게되면 연료 분사량 증가동작은 중지된다.
또한, 상기 연료 분사량 증가 동작이 이루어지는 T1구간에서 소구간 t1은 크랭크축이 720°회전하는 시간으로 설정하는데, 이는 엔진(7)을 구성하는 각각의 실린더가 2회전하는데 걸리는 시간이 크랭크축이 720°회전하는데 소요되는 시간과 동일하기 때문이다.
그리고, 상기 보정값의 최대치는 엔진(7)에 분사된 연료가 연소가능한 정도로서 제한하는데, 이는 공기 흡입량(A)에 비해 너무 많은 양의 연료가 엔진(7)에 공급될 경우 연료가 연소되지 못하여 엔진(7)이 정지하게 되기 때문이다.
상기 설명과 같이 촉매과열 방지모드가 설정된 상태에서 엔진(7)으로 공급되는 연료의 분사량을 점진적으로 증가시키게 되면, 비교적 저온의 연료가 엔진(7)으로 공급됨에 따라 증가 공급된 연료가 일종의 냉매역할을 담당하여 엔진(7)이 냉각되면서 엔진(7)에서 배출되는 배기가스의 온도 또한 하락하게 되는 것이다.
◆ 제 3 과정 ◆
제 2 과정에서 엔진(7)으로 공급되는 연료가 일정치 즉, 제 1 과정에서 산출된 엔진 과열지수(H)에 대응하는 소정의 연료 분사량에 도달하게되면, ECU(6)는 도 3b의 T2 구간과 같이 현재의 연료 분사량이 일정시간 동안 유지되도록 하여 엔진(7)의 온도가 하락하도록 함과 동시에 엔진(7)에서 배출되는 배기가스의 온도 또한 하락하도록 한다.
상기 연료 분사량이 일정시간 동안 유지되는 기간은 여러번의 실험에 의해 구해진 정보에 의존하는데, 엔진 과열지수(H)에 대응하여 과열된 촉매(8)의 온도가 원상태로 하락하는 시간과 동일하다.
즉, 상기 T2 구간동안 제 2 과정에서 증가된 연료 분사량이 계속해서 엔진(7)으로 공급되면, 증가 공급된 연료에 의해 엔진(7) 자체의 온도가 하락함은 물론 엔진(7)에서 배출되는 배기가스의 온도 또한 하락하게되어 배기가스를 정화시키는 촉매(8)의 온도가 원상태로 하락하는 것이다.
◆ 제 4 과정 ◆
제 3 과정과 같이 연료 분사량이 증가된 상태로 일정시간(T2) 유지되어 촉매(8)의 온도가 하락하면, ECU(6)는 T3 구간과 같이 제 1 과정에서 산출된 엔진 과열지수(H)에 대응하는 보정값에 따라 연료 분사량을 일정값씩 다단계로 감소시켜 연료 분사량이 원래의 상태로 복원되면 촉매과열 방지모드를 해제시킴과 동시에 연료 분사량 제어를 이전과 같이 엔진 회전수(N)와 공기 흡입량(A)에 따라 수행한다.
즉, 제 4 과정에서는 연료 분사량을 종전의 상태로 복귀시키는 과정으로서, 제 1 과정에서 산출된 엔진 과열지수(H)에 대응하는 보정값에 따라 연료 분사량을 일정값씩 다단계로 감소시키며, 연료 분사량이 감소되는 각각의 소구간(t2) 또한 제 2 과정에서와 같이 크랭크축이 720°회전되는 시점과 동일하게 설정한다.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 크랭크각센서 값에 의해 연산된 점화 지연각과 엔진 회전수에 따라 소정의 엔진 과열지수를 산출하고, 상기 산출된 엔진 과열지수에 따라 엔진의 각 실린더로 공급되는 연료 분사량을 증가시킴으로서, 엔진 과열시 엔진에서 배출되는 고온의 배기가스에 의해 촉매가 과열되어 촉매의 내구성, 내열성, 내열 충격성 등이 하락하는 것을 방지할 수 있도록 한 연료 분사량 제어방법 이다.

Claims (5)

  1. 엔진회전수(N)와 공기 흡입량(A)에 따라 연료 분사량을 제어하는 연료 분사량 제어방법에 있어서,
    현재의 크랭크각센서(3) 값으로 엔진의 점화지연각(h)을 연산하는 단계와, 상기 연산된 점화 지연각(h)과 엔진 회전수(N)에 따라 소정의 엔진 과열지수(H)를 산출하는 단계와, 상기 엔진 과열지수(H)가 일정값(K)을 넘어설 경우 엔진이 과열상태인 것으로 판단하는 단계를 포함하며, 상기 단계를 진행하는 과정에서 엔진이 과열상태인 것으로 판단되면 촉매과열 방지모드로 전환하는 제 1 과정과,
    촉매과열 방지모드가 설정되면, 소정의 주기마다 미리 설정된 보정값을 적용하여 연료 분사량을 증가시키는 제 2 과정과,
    제 2 과정중에 연료 분사량이 목적량 만큼 증가되면 연료 분사량이 증가된 상태로 일정시간 동안 유지하는 제 3 과정과,
    제 3 과정 이후 소정의 주기마다 미리 설정된 보정값을 적용하여 연료 분사량을 감소시키고, 연료 분사량이 원상태로 복귀되면 촉매과열 방지모드를 해제시키는 제 4 과정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 연료 분사량 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 점화 지연각(h)은 녹킹현상에 의한 각 실린더의 점화 지연각을 적산한 후 평균하여서 얻어진 녹킹에 의한 점화 지연각과, 흡기온과 냉각수온에 의한 점화 지연각을 합하여 얻어진 실험 데이타에 대응되는 것을 특징으로 하는 연료 분사량 제어방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 과정과 제 4 과정에서의 연료 분사량 증가 및 감소는 크랭크 축이 720° 회전할때마다 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 분사량 제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 과정은 엔진 과열지수(H)에 대응하여 촉매온도가 원상태로 하강하는 시간동안 수행되는 것을 특징으로 하는 연료 분사량 제어방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제 2 과정과 제 4 과정에서의 연료 분사량 보정값은 엔진 과열지수(H)에 따라 다르게 설정되는 것을 특징으로하는 연료 분사량 제어방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20030081924A (ko) * 2002-04-15 2003-10-22 현대자동차주식회사 차량용 촉매 과열 제어 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07166918A (ja) * 1993-12-17 1995-06-27 Toyota Motor Corp 内燃機関の燃料噴射制御装置

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