KR100371538B1

KR100371538B1 - 차량의 연료온도 연산방법

Info

Publication number: KR100371538B1
Application number: KR10-2000-0072575A
Authority: KR
Inventors: 김형기
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2003-02-07
Also published as: KR20020043100A

Abstract

본 발명은 냉각수온에 따라 소크시간(soak time)을 모델링하여 연료온도 초기치를 연산하고, 리턴되는 연료량 보정 및 외기온도 보정을 통해서 주행중의 연료온도를 연산함으로써, 연료온도 센서의 삭제에 따른 원가 절감을 꾀하고 연료온도 센서 합리화 진단기능 프로그램 개발 삭제에 따른 비용상승을 억제할 수 있는 차량의 연료온도 연산방법에 관한 것으로, 이 연료온도 연산방법은 엔진의 운전 상태를 확인하여 운전상태인지 아닌지를 판단하는 단계(S10)와, 엔진운전 후에 냉각수온을 읽어들이는 단계(S11)와, 상기 냉각수온을 바탕으로 소크시간(soak time)을 모델링하는 단계(S12)와, 상기 소크 시간을 임계값과 비교하는 단계(S13)와, 상기 소크시간이 임계값을 초과한 경우에 흡기온을 읽어들여 연료온도의 초기치를 연산하는 단계(S15)와, 상기 흡기온에 따라 외기온 모델링을 실행하는 단계(S16)와, 연료레벨 신호를 읽어들여 연료탱크 내부의 현재 연료량을 측정하는 단계(S18)와, 구동 사이클 내에서 소비되는 연료량을 연산하는 단계(S19)와, 연료탱크로 리턴되는 연료량을 연산하는데, 이를 위해서 리턴 휴엘 시스템인지의 여부를 판단하는 단계(S20)와, 리턴 휴엘 시스템인 경우에, 리턴되는 연료량을 연산하여 연료의 온도를 보정하는 단계(S22)와, 상기 모델링한 외기온에 따라서 연료온도를 보정하는 단계(S23)와, 상기 연료온도 초기치와 상기 연료량에 따라 보정한 연료온도와 상기 외기온에 따라 보정한 연료온도를 합하여 연료온도를 연산하는 단계(S24)로 구성된다.

Description

차량의 연료온도 연산방법{METHOD OF MODELING A FUEL TEMPERATURE FOR AN AUTOMOBILE}

본 발명은 차량의 연료온도 연산방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 냉각수온에 따라 소크시간(soak time)을 모델링하여 연료온도 초기치를 연산하고, 리턴되는 연료량 보정 및 외기온 보정을 통해서 주행중의 연료온도를 연산할 수 있는 차량의 연료온도 연산방법에 관한 것이다.

자동차에서 연료장치는 엔진이 필요로 하는 적당량의 연료를 공급하는 것으로, 엔진의 출력이나 성능면에 많은 영향을 준다. 이러한 연료장치의 전체적인 구성을 보면, 연료를 저장하는 연료탱크와, 연료탱크 내의 연료를 압속하는 연료펌프와, 연료속에 들어 있는 불순물이나 이물질을 제거하는 연료 휠터와, 공급된 연료를 연소실로 공급하는 기화기 또는 분사노즐로 이루어져 있다.

이러한 구성의 연료장치에 있어서, 환경오염을 막기 위해서는 대기중으로 증발가스의 방출을 억제하여야 한다. 이를 위해 각국에서는 여러 가지 시험항목을 마련하여 증발가스 발생량을 규제하고 있다. 가령, 북미 강화 OBD-2 모니터링 항목중에는 증발가스의 방출을 억제하기 위해 연료계 전체에 0.5㎜이상의 직경을 갖는 누출 시스템을 감지하여 기능불량 표시램프(Malfunction Indication Lamp, MIL)를 점등하여야 한다. 또한, 0.5㎜누출 시스템 감지를 보다 정확하게 하기 위해서, 연료 온도신호를 ECU에 입력하여 연료온도에 따른 연료탱크 내부의 증발압을 적절히 보상하여야 한다.

이를 위해서 종래에는 도 1에 도시한 바와 같이, 차량에 연료온도 센서(2)를 설치하였다. 종래에는 연료온도 센서(2)를 이용하여 저항을 측정한 다음, 저항을 전압으로 변환한 후에, 이 연료온도 신호를 ECU(4)에 입력하면, ECU(4)는 전압에 따라 연료온도를 읽어낸 다음에 도 2와 같은 순서로 연료온도를 연산해내서 출력한다.

즉, 도 2에 도시한 바와 같이, ECU는 엔진 운전이 개시되어 있는지의 여부를 판단한 다음, 엔진운전이 개시된 경우(단계S1에서 예)에는 연료 온도센서(2)로부터 입력된 연료온도 신호를 읽는다(단계S2). 다음에, 연산과정을 거쳐 입력값을 온도로 변환한 다음(단계S3), 연료온도를 출력하게 된다(단계S4).

이러한 구성을 지닌 종래의 차량의 연료온도 연산방법에서는 연료온도 센서를 사용하므로 그에 따른 원가상승의 원인이 되며, 연료온도 센서의 합리화(rationality) 진단기능 프로그램을 개발하여야 하므로 그에 따른 비용이 상승되는 문제가 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 종래의 연료온도 센서를 삭제하여 원가를 절감할 수 있고 연료온도 센서 합리화 진단기능 프로그램 개발에 따른 비용상승을 억제할 수 있는 차량의 연료온도 연산방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 연료온도 센서를 이용하여 연료온도를 연산하는 구성을 보인 블록도,

도 2는 도 1에 도시한 연산방법의 플로우차트,

도 3은 본 발명에 따른 연료온도 연산방법의 구성을 보인 블록도,

도 4는 냉각수온과 소크시간과의 연관관계를 보인 그래프,

도 5는 본 발명에 따른 연료온도 연산방법의 플로우차트.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

2:연료온도 센서 4:ECU

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량의 연료온도 연산방법은 엔진의 운전 상태를 확인하여 운전상태인지 아닌지를 판단하는 단계(S10)와, 엔진운전 후에 냉각수온을 읽어들이는 단계(S11)와, 상기 냉각수온을 바탕으로 소크시간(soak time)을 모델링하는 단계(S12)와, 상기 소크 시간을 임계값과 비교하는 단계(S13)와, 상기 소크시간이 임계값을 초과한 경우에 흡기온을 읽어들여 연료온도의 초기치를 연산하는 단계(S15)와, 상기 흡기온에 따라 외기온 모델링을 실행하는 단계(S16)와, 연료레벨 신호를 읽어들여 연료탱크 내부의 현재 연료량을 측정하는 단계(S18)와, 구동 사이클 내에서 소비되는 연료량을 연산하는 단계(S19)와, 연료탱크로 리턴되는 연료량을 연산하는데, 이를 위해서 리턴 휴엘 시스템인지의 여부를 판단하는 단계(S20)와, 리턴 휴엘 시스템인 경우에, 리턴되는 연료량을 연산하여 연료의 온도를 보정하는 단계(S22)와, 상기 모델링한 외기온에 따라서 연료온도를 보정하는 단계(S23)와, 상기 연료온도 초기치와 상기 연료량에 따라 보정한 연료온도와 상기 외기온에 따라 보정한 연료온도를 합하여 연료온도를 연산하는 단계(S24)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 연료온도 연산방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 연료온도 연산방법의 구성을 보인 블록도이다. 종래의 연료온도 센서를 삭제하는 대신에 본 발명의 바람직한 실시예에서는 냉각수온과 외기온 및 연료 소비량을 바탕으로 연료온도를 연산하는 방안을 예시하였다. 이를 위해서, 도 3에 도시된 바와 같이, ECU(4)에는 차속센서에서 감지한 차속신호를 비롯하여, 엔진회전수 센서에서 감지한 엔진 회전수(RPM), 트로틀 포지션 센서에서 감지한 트로틀 포지션 신호(TPS), 연료레벨 센서에서 감지한 연료레벨신호, 흡기온 센서에서 감지한 흡기온 신호, 에어플로우미터에서 감지한 공기량 신호, 냉각수온 센서에서 감지한 냉각수온 신호가 입력된다.

ECU(4)는 냉각수온 신호를 바탕으로 흡인(soak)시간을 모델링하며, 흡기온신호를 바탕으로 외기온을 모델링하고 연료레벨 신호를 바탕으로 탱크내의 연료량을 측정한 다음 소비연료량을 연산한다. 다음에, ECU(4)는 흡기온을 바탕으로 연산한 연료온도 초기치와 리턴 휴엘 시스템의 경우에 리턴되는 연료량에 따라 보정된 연료온도 및 외기온에 따라 보정된 연료온도를 합산하여 연료온도를 연산한다. 이를 다음의 도 4와 도 5를 참고로 상세하게 설명한다.

도 4는 냉각수온과 소크시간과의 연관관계를 보인 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 연료온도 연산방법의 플로우차트이다.

먼저, ECU(4)는 냉각수온센서로부터 입력된 냉각수온에 따라 소크시간(시동이 오프된 후의 방치시간)을 모델링 한다. 다음에, 시동시의 냉각수온과 시동 오프시의 냉각수온을 이용하여 소크시간을 연산한다. 이때의 모델링 방법은 시동 오프후에 냉각수온의 거동은 도 4에 도시한 바와 같이 로그함수적으로 변동하는 사실에 기초하여 행해진다.

도 4의 그래프에서 가로축은 소크시간을 나타내며 세로축은 냉각수온을 나타낸다. 따라서, 시동시 냉각수온과 시동 오프시 냉각수온의 차이를 로그함수적으로 처리하여 식 1의 식에 의해 소크시간을 산출한다.

[식 1]

소크시간=RMK*ln(rmTe under~off/Te under~on)

여기에서, K는 비례계수, ln은 자연로그함수, Te_off는 시동 오프시 냉각수온, Te_on은 시동시 냉각수온을 나타낸다. 이를 바탕으로 연료온도 초기치를 연산하는 과정을 도 5를 참고로 설명한다.

도 5에서, 엔진운전이 개시되면(단계S10), ECU(4)는 냉각수온을 읽어들인 다음(단계S11), 식 1을 이용하여 소크시간을 모델링한다(단계S12).

다음에 단계S13에서는 소크시간이 임계값보다 큰지를 판단한다. 이때, 소크시간이 임계값(가령, 10시간)을 초과하면(단계S13에서 예), 읽어들인 흡기온(단계S14)을 바탕으로 연료온도 초기치를 연산한다(단계S15). 연료온도 초기치(T_start)는 시동시 흡기온(T_a0)을 이용한다. 장기 소크시에는 연료온도와 대기온도가 열적 평형상태를 유지하기 때문에 연료온도와 흡기온도가 평형(Tf_start=T_a0)을 이루게 된다.

다음 단계S16에서는 흡기온에 따라 외기온을 모델링한다. 외기온을 감지할 수 있는 방법으로는 차량의 일정차속(가령, 40㎞/h)이상으로 주행중일 때에, 냉각이 적절하게 이루어지므로 흡기온이 일정하게 유지된다. 따라서, 외기온은 식 2에 나타낸 바와 같이, 흡기온으로부터 엔진에서 전달되는 열전달량을 빼서 구한다.

[식 2]

rm T under~amb=T under~air-일정치

여기에서, T_amb는 외기온이고, T_air는 흡기온이며, 일정치는 흡기계 배열 및 엔진 배기량과 냉각계에 관련되는 상수이다.

다음에, 연료레벨 신호를 읽어들인 다음(단계S17), 이 신호로부터 연료탱크내부의 현재 연료량(M_fuel)을 측정한다(단계S18). 연료탱크 내부의 연료량은 주행중, 대기상태와 열전달 시스템을 이루는 중요한 변수가 된다. 연료량이 적으면 대기의 열전달 영향을 쉽게 받는 반면에, 연료량이 많으면 대기의 열전달 영향을 쉽게 받지 않는다.

다음에, 구동 사이클(driving cycle)내에서 소비 연료량을 연산한다. 소비연료량(F_cons)은 연료레벨 신호를 이용하여 구한다. 즉, 식 3에 나타낸 바와 같이 시동시의 연료량에서 현재의 연료량을 빼면 소비 연료량이 된다.

[식 3]

rm F under~cons=F under~o-F under~c

여기에서, F_o는 시동시 연료량이고, F_c는 현재 연료량이다.

다음에, 연료탱크로 리턴되는 연료량을 연산하는데, 이를 위해서 리턴 휴엘 시스템인지의 여부를 판단한다(단계S20). 이때, 리턴 휴엘 시스템인 경우(단계S20에서 예)에 리턴되는 연료량은 엔진에서 흡수한 열전달량을 지니고 있으므로, 연료탱크 내의 연료보다 약간 높은 온도를 유지한다. 그러므로, 리턴 연료량을 구하는 것이 매우 중요하다. 그러나, 이를 정확하게 측정하는 데에는 많은 어려움이 따르므로, 식 4를 이용하여 소비 연료량에 비례하여 구한다. 만일, 비-리턴 유엘 시스템인 경우(단계S30에서 아니오)에는 리턴되는 연료가 없으므로 단계S23으로 건너뛴다.

[식 4]

rm M under~return=K1*F under~cons(리턴연료시스템)#rm M under~return=0(비-리턴연료시스템)

여기에서, M_return은 리턴되는 연료량이고, K1은 비례계수이다.

이와 같이 리턴되는 연료량을 연산한 다음(단계S21)에, 식 5에 의해서 리턴되는 연료량에 따라 연료온도(Tf_return)를 보정한다(단계S22). 이때, 리턴되는 연료량이 많을수록 보정된 연료온도(Tf_return)는 상승하므로, 리턴되는 연료량에 따라서 보정계수를 크게 설정한다.

[식 5]

rm Tf under~return=K2*M under~return(리턴연료시스템)#rm Tf under~return=0(비-리턴연료시스템)

여기에서, M_return은 리턴되는 연료량이고, K2는 비례계수이다.

다음 단계S23에서는 외기온에 따라서 식 6을 이용하여 연료온도를 보정(Tf_amb)한다. 이때, 연료온도는 외기온도에 심하게 영향을 받기 때문에 이를 감안하여 계산한다.

[식 6]

rm Tf under~amb=K3*T under~amb*M under~fuel

여기에서, M_fuel은 연료탱크 내의 연료량이고, K3는 비열 등을 포함하는 비례계수이다.

다음 단계S24에서는 이상의 보정된 연료온도를 바탕으로 연료온도(T_fuel)를연산한다.

최종 연료온도는 리턴되는 연료량을 바탕으로 보정한 연료온도(Tf_return)와 외기온을 바탕으로 보정한 연료온도(Tf_amb)를 초기치에 합산하여 구한다. 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.

[식 7]

rm T under~fuel=Tf under~s`tart+Tf under~return+Tf under~abm

여기에서, Tf_start는 초기치 연료온도이고, Tf_return은 리턴되는 연료량에 따라 보정한 연료온도이며, Tf_amb는 외기온에 따라 보정한 연료온도이다.

이상으로 설명한 본 발명에 의하면, 냉각수온에 따라 소크시간(soak time)을 모델링하여 연료온도 초기치를 연산하고, 리턴되는 연료량 보정 및 외기온도 보정을 통해서 주행중의 연료온도를 연산함으로써, 연료온도 센서의 삭제에 따른 원가 절감을 꾀하고 연료온도 센서 합리화 진단기능 프로그램 개발 삭제에 따른 비용상승을 억제할 수 있다.

Claims

엔진의 운전 상태를 확인하여 운전상태인지 아닌지를 판단하는 단계(S10)와,

엔진운전 후에 냉각수온을 읽어들이는 단계(S11)와,

상기 냉각수온을 바탕으로 소크시간(soak time)을 모델링하는 단계(S12)와,

상기 소크 시간을 임계값과 비교하는 단계(S13)와,

상기 소크시간이 임계값을 초과한 경우에 흡기온을 읽어들여 연료온도의 초기치를 연산하는 단계(S15)와,

상기 흡기온에 따라 외기온 모델링을 실행하는 단계(S16)와,

연료레벨 신호를 읽어들여 연료탱크 내부의 현재 연료량을 측정하는 단계(S18)와,

구동 사이클 내에서 소비되는 연료량을 연산하는 단계(S19)와,

연료탱크로 리턴되는 연료량을 연산하는데, 이를 위해서 리턴 휴엘 시스템인지의 여부를 판단하는 단계(S20)와,

리턴 휴엘 시스템인 경우에, 리턴되는 연료량을 연산하여 연료의 온도를 보정하는 단계(S22)와,

상기 모델링한 외기온에 따라서 연료온도를 보정하는 단계(S23)와,

상기 연료온도 초기치와 상기 연료량에 따라 보정한 연료온도와 상기 외기온에 따라 보정한 연료온도를 합하여 연료온도를 연산하는 단계(S24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료온도 연산방법.