KR100373031B1 - 가속시 연료 제어방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

상기 피드백 이득의 값을 엔진 주행 상태에 맞추어 신속히 변동시킴으로써 엔진 주행 상태에 맞추어 신속히 적절한 연료 공급이 이루어지도록 하고, 가속시 희박 공급 시간이 설정시간 이상인 경우에 추가 연료를 공급함으로써 가속시 배기가스를 저감하고 출력을 향상시키기 위하여,
엔진 제어수단이, 설정된 기본 연료량을 계산하고, 산소센서로부터 출력 전압을 입력받아 상기 산소센서 출력 전압과 기준 전압의 차이값에 기초한 P-이득, 상기 차이값의 적분값에 기초한 I-이득을 계산하고, 상기 I-이득 및 P-이득으로부터 단기 보정량 및 장기 보정량을 계산하는 연료 제어방법에 있어서,
가속 상태인가를 판단하여 가속 상태인 경우에 상기 I-이득이 설정범위 내인가 판단하고, 설정범위 내인 경우에 상기 I-이득 및 P-이득을 변조한 후 상기 변조된 I-이득 및 P-이득을 기초로 계산된 장기 보정량을 기초로 가속 총 연료량을 계산하고, 상기 계산된 가속 총 연료량으로 인젝터를 구동하는 가속시 연료 제어방법 및 시스템을 제공한다.

Description

가속시 연료 제어방법 및 시스템{A METHOD FOR CONTROLLING FUEL INJECTION ON ACCELERATION AND A SYSTEM THEREOF}
본 발명은 가속시 연료 제어방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 피드백 이득의 값을 엔진 주행 상태에 맞추어 신속히 변동시킴으로써 엔진 주행 상태에 맞추어 신속히 적절한 연료 공급이 이루어지도록 하고, 가속시 희박 공급 시간이 설정시간 이상인 경우에 추가 연료를 공급함으로써 가속시 배기가스를저감하고 출력을 향상시키는 가속시 연료 제어방법 및 시스템에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 근래의 엔진은 엔진을 제어하는 ECU(Electronic Control Unit)를 구비하여, 상기 ECU는 차속, 엔진 회전수 등 엔진의 동작 상태에 관한 데이터를 입력받아, 상기 데이터를 기초로 엔진에 연료를 공급하는 인젝터를 제어함으로써 연료량을 제어하고 있다.
드로틀 오프 상태(드로틀 밸브가 닫힌 상태)에서 드로틀 온 상태(드로틀 밸브가 열린 상태)로 진입하여 엔진을 가속할 때에는 가속 상태에 적절하다고 판단되는 가속 연료량을 결정하여 인젝터를 통해 분사하도록 하고 있는데, 상기 가속 연료량은 피드백 이득(feedback gain)을 이용하여 계산하고 있다.
상기 피드백 이득은, 산소센서로부터 입력되는 신호에 의해 비례 보정하는 P-이득(Proportional gain), 적분 보정하는 I-이득(Integrational gain) 등에 의해 계산된다. 이러한 피드백 이득은 가속 중에도 수행되도록 하고 있어 배출가스에 포함된 유해 배기가스를 줄이려고 하고 있다.
가속시의 연료량은 기본 연료량에 단기 보정량 및 장기 보정량을 곱하고, 소정의 과정에 의해 계산된 가속 연료량을 더함으로써 계산하고 있다.
상기 기본 연료량은 산소센서에 의한 피드백 제어를 수행하지 않는 상태에서 이론 공연비로 설정된 연료량이며, 상기 단기 보정량은 산소센서에서 입력되는 신호의 실시간 I-이득 및 P-이득을 통해 계산된 보정량이고, 장기 보정량은 상기 단기 보정량을 로우 패스 필터(low-pass filter; 낮은 주파수만을 선택)하여 소정의 기준값을 벗어나는 정도에 따라 보정하는 보정량이다.
상기 가속 연료량은 부하 변동량에 비례하는 연료량이다.
한편, 드로틀 오프 상태에서는 연료량 변화가 급격하게 제어되어 엔진의 동작 안정성이 나빠지는 것을 막기 위해, 상기 I-이득 및 P-이득은 드로틀 온 상태일 때보다 작게 설정된다.
따라서, 드로틀 오프 상태에 있다가, 가속을 시작한 경우, 상기 적분을 통해 연산되는 I-이득은 증가 속도가 느리게 되어 상기와 같이 가속 보정량을 더하여 연료를 공급하여도 실제 연소 상태는 희박(Lean)한 상태가 지속되게 된다.
도 4는 시속20km로 주행할 때 드로틀 오프 상태에서 가속한 경우의 종래 기술에 의한 제어 상태를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이 드로틀 밸브 오프 상태로 주행할 때에는 산소센서의 출력은 농후(rich)하다고 판단하게 된다.
이는 차량 주행중 드로틀 오프 상태가 된 경우에는 엔진 회전수는 높고 엔진 부하는 매우 낮기 때문에 연소 상태가 안정되지 못하므로, 이를 보상해주기 위해 기본 연료량이 높게 제어하고 있기 때문이다.
상기 드로틀 오프 상태에서는 I-이득 보정량도 감소하게 된다.
그런데, 드로틀 온 상태 진입시에는 상기 I-이득 보정량이 낮게 설정된 상태에서, 비록 가속 연료량 보정을 하여도 필요한 연료가 충분히 공급되지 못하며, 이로 인하여 산소센서의 출력은 희박(lean)하다고 판단하게 된다.
그런데, 가속 상태가 지속될 때 상기 I-이득 보정량이 서서히 증가하므로, 상기 I-이득 보정량이 충분히 상승하기 전에는 계속 희박한 상태에서 연소가 진행되고, 이에 의하여 질소산화물(NOx)이 많이 배출되는 시간이 길어지며, 또한 이 기간동안 엔진의 출력이 저하되게 된다.
또한 시동 초기에는 흡기 계통의 벽에 젖어있는 연료가 없으므로, 시동 초기에 가속할 때에는 실린더에 공급되는 연료가 더욱 부족하게 되어 가속할 때 멈칫하는 헤지테이션(hesitation) 현상을 유발하게 된다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 상기 피드백 이득의 값을 엔진 주행 상태에 맞추어 신속히 변동시킴으로써 엔진 주행 상태에 맞추어 신속히 적절한 연료 공급이 이루어지도록 하고, 가속시 희박 공급 시간이 설정시간 이상인 경우에 추가 연료를 공급함으로써 가속시 배기가스를 저감하고 출력을 향상시키는 가속시 연료 제어방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량 가속시 연료 제어 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 차량 가속시 연료 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예의 가속시 연료 제어 시스템에서 엔진 제어수단의 작용을 나타낸 도면이다.
도 4는 시속20km로 주행할 때 드로틀 오프 상태에서 가속한 경우의 종래 기술에 의한 제어 상태를 나타낸 도면이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 가속시 연료 제어 시스템은,
차속을 측정하는 차속 검출수단, 엔진 회전수를 측정하는 엔진 회전수 검출수단, 드로틀 밸브 개도량을 검출하는 드로틀 밸브 개도 검출수단, 배기가스에 포함된 산소량을 검출하는 산소센서, 엔진에 연료를 공급하는 인젝터, 및 상기 각 검출수단 및 센서로부터 입력받은 데이터를 바탕으로 상기 인젝터를 구동하여 연료량을 제어하는 엔진 제어수단을 포함하고,
본 발명에 의한 가속시 연료 제어방법은,
상기 엔진 제어수단이, 설정된 기본 연료량을 계산하고, 산소센서로부터 출력 전압을 입력받아 상기 산소센서 출력 전압과 기준 전압의 차이값에 기초한 P-이득, 상기 차이값의 적분값에 기초한 I-이득을 계산하고, 상기 I-이득 및 P-이득으로부터 단기 보정량 및 장기 보정량을 계산하는 연료 제어방법에 있어서,
가속 상태인가를 판단하여 가속 상태인 경우에 상기 I-이득이 설정범위 내인가 판단하고, 설정범위 내가 아닌 경우에 상기 I-이득 및 P-이득을 변조한 후 상기 변조된 I-이득 및 P-이득을 기초로 계산된 장기 보정량을 기초로 가속 총 연료량을 계산하고, 상기 계산된 가속 총 연료량으로 인젝터를 구동한다.
상기 I-이득 변조는, 상기 I-이득이 I-기준 이득을 벗어난 정도에 제1비례상수를 곱한 후 상기 I-기준 이득을 더하여 계산되며, 상기 P-이득 변조는, 상기 P-이득이 P-기준 이득을 벗어난 정도에 제2비례상수를 곱한 후 상기 P-기준 이득을 더하여 계산되는 것이 바람직하다.
상기 가속 총 연료량은 상기 기본 연료량에 상기 I-이득 및 P-이득을 곱한 후 드로틀 개도 변화량에 비례하는 가속 연료량을 더하여 계산할 수 있다.
또한, 이에 더하여, 산소센서 반전 유지 시간을 계산하여 상기 반전 유지 시간이 설정시간을 초과하는 경우에는 추가 연료량을 계산한 후, 상기 추가 연료량을 더하여 가속 총 연료량으로 계산하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면의 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량 가속시 연료 제어방법이 수행되는 연료 제어 시스템의 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 연료 제어 시스템은,
차속을 측정하는 차속 검출수단(110), 엔진 회전수를 측정하는 엔진 회전수 검출수단(120), 드로틀 밸브 개도량을 검출하는 드로틀 밸브 개도 검출수단(130), 배기가스에 포함된 산소량을 검출하는 산소센서(140), 엔진에 연료를 공급하는 인젝터(150), 및 상기 각 검출수단 및 센서로부터 입력받은 데이터를 바탕으로 상기 인젝터(150)를 구동하여 연료량을 제어하는 엔진 제어수단(160)을 포함한다.
상기 엔진 제어수단(160)은 엔진을 제어하는 통상의 전자제어유닛(ECU; Electronic Control Unit)으로 하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 차량 가속시 연료 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 먼저, 상기 엔진 제어수단(160)은 차량의 상태가 가속 상태인가 판단한다(S210).
상기 가속 판단은 상기 차속 검출수단(110)으로부터 입력된 차속의 변화를 바탕으로 가속 상태 여부를 판단할 수 있으나, 상기 드로틀 밸브 개도 검출수단으로부터 입력된 값을 기초로, 드로틀 개도량이 오프 상태에서 증가하였는가 여부로 판단하는 것이 바람직하다.
상기 가속 상태 판단단계(S210)에서 가속중이 아닌 것으로 판단된 경우에는 가속시 연료 제어방법은 종료한다.
상기 가속 상태 판단단계(S210)에서 가속중인 것으로 판단된 경우에는, 엔진 회전수 및 드로틀 개도량을 검출하고(S215). 상기 검출된 데이터를 기초로 기본 연료량을 계산한다(S220).
그리고, 산소센서(140) 출력 전압 검출하여(S225), 상기 출력 전압을 기초로 I-이득 및 P-이득을 포함한 피드백 이득을 계산하고 이로부터 단기 보정량을 계산한다(S230). 상기 기본 연료량 및 단기 보정량은 통상의 방법에 의해 계산될 수 있다.
상기 I-이득은 상기 산소센서(140)의 출력 전압이 기준 전압과의 차이를 적분한 양에 관한 것이므로, 상기 산소센서(140)로부터 검출되는 배기가스의 희박(lean)/농후(rich)에 따라, 희박한 경우에는 점차적으로 감소되고, 농후한 경우에는 점차적으로 증가하는 추이를 보인다.
단기 보정량을 계산한 후에는, 상기 I-이득이 기준 이득으로부터 설정범위 내인가 판단한다(S235).
상기 기준 이득은 상기 I-이득으로 인하여 기본 연료량에 보정이 없게되는 값으로 설정된다.
상기 설정범위는 상기 설정값으로부터 I-이득이 벗어난 경우 보정량의 효과가 발생한다고 인정되는(즉, 보정되지 않을 경우 질소산화물 등 유해 배기가스가 배출되는) 임의의 범위로 설정할 수 있으며, 일예로는 상기 설정값의 5% 범위로 설정될 수 있다.
상기 I-이득이 상기 설정범위를 벗어난 경우에는 I-이득 및 P-이득을 변조한다(S240).
상기 I-이득 및 P-이득 변조는 증가 또는 감소 중인 I-이득의 증가 또는 감소 속도를 상승시키는 임의의 변조로 할 수 있다.
일예로는, 상기 I-이득이 상기 기준 이득을 벗어난 정도에 제1비례상수를 곱하여 다시 상기 기준 이득을 더한 양으로 할 수 있다. 즉, "I-이득 = (I-이득 - 기준 이득) * 비례상수 + 기준 이득"의 식에 의해 계산될 수 있다. 상기 일예에서 상기 비례상수는 1보다 큰 임의의 수로 설정될 수 있다.
상기 P-이득은 상기 I-이득의 변조의 일예와 동일한 방식에 의해 계산된다.
상기 I-이득 및 P-이득을 변조한 엔진 제어수단(160)은, 가속 시작 시점으로부터 산소센서(140)의 출력이 반전(즉, 농후에서 희박으로 또는 희박에서 농후로)되어 유지된 시간을 계산한다(S245).
반전 유지 시간을 계산한 후에는 상기 반전 유지 시간이 설정시간 이상인가 판단한다(S250).
연료량 보정이 충분하지 않은 경우에는 상기 반전 상태는 소정 시간 지속되므로, 상기 설정시간은 연료량 보정이 충분치 않은 것으로 판단할 수 있는 임의의 반전 지속 시간으로 설정될 수 있다.
상기 반전 유지 시간 판단단계(S250)에서 반전 유지 시간이 설정시간을 초과하는 경우에는 추가 연료량을 계산한다(S255).
상기 추가 연료량 계산은 상기 산소센서(140) 반전 유지 시간에 설정 환산 상수를 곱한 값으로 계산되며, 상기 설정 환산 상수는, 상기 반전이 농후에서 희박으로 반전된 이후의 경과 시간인 경우에는 양수로, 희박에서 농후로 반전된 이후의 경과 시간인 경우에는 음수로 설정된다.
상기 반전 유지 시간 판단단계(S250)에서 반전 유지 시간이 설정시간을 초과하지 않는 경우, 또는 반전 유지 시간이 설정시간을 초과하여 추가 연료량을 계산한 후, 또는 상기 I-이득 범위 판단단계(S235)에서 상기 I-이득이 상기 설정범위 내인 경우에는 장기 보정량을 연산한다(S260). 상기 장기 보정량은 통상의 방법에 의해 연산될 수 있다.
또한 통상의 방법에 의한 가속 연료량을 계산한다(S265)
장기 보정량을 계산한 후에는, 상기 단기 보정량, 장기 보정량 및 가속 연료량 및 추가 연료량을 기초로 가속 총 연료량을 계산한다(S270).
상기 총 연료량 계산은, 기본 연료량에 단기 보정량 및 장기 보정량을 곱하고, 그 결과에 가속 연료량 및 추가 연료량을 더함으로써 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예의 가속시 연료 제어 시스템에서 엔진 제어수단의 작동을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 엔진 제어수단(160)은 차속 검출수단(110)으로부터 차속을, 엔진 회전수 검출수단(120)으로부터 엔진 회전수를, 드로틀 밸브 개도 검출수단(130)으로부터 드로틀 밸브 개도량을, 그리고 산소센서(140)로부터 출력 전압을 각각 입력받고, 이를 기초로 I-이득 및 P-이득을 제어하며, 아이들 상태에서 가속상태로 진입한 경우에는 상기 I-이득이 설정범위를 벗어났는가 여부를 판정하여, 벗어난 경우에는 상기 I-이득 및 P-이득을 변조하고 이에 따라 연료량을 제어한다.
또한 상기 엔진 제어수단(160)은 산소센서의 반전유지시간(△T)을 측정하여 상기반전유지시간(△T)에 따라 가속 연료량을 연산하여 이에 따라 연료량을 제어한다.
이상으로 본 발명의 차량 가속시 연료 제어방법에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 연료량을 보정해 주는 변수들을 가속할 때 빠른 속도로 산소센서(140)의 출력에 기초하여 변조하고, 산소센서(140)의 출력 전압을 기초로 부적절한 연료량을 추가 공급하여 줌으로써 배기가스 중에 포함되는 유해 배출물을 줄일 수 있게 되며,
공연비가 적절한 범위를 벗어난 경우 빠르게 회복시켜줌으로써 가속력을 향상시킬 수 있고,
또한 빠른 제어 속도로 인하여, 시동 초기의 가속시에 발생할 수 있는 헤지테이션 현상을 억제할 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. (삭제)
  2. (정정) 엔진을 제어하는 엔진 제어수단이, 설정된 기본 연료량을 계산하고, 산소센서로부터 출력 전압을 입력받아 상기 산소센서 출력 전압과 기준 전압의 차이값에 기초한 P-이득, 상기 차이값의 적분값에 기초한 I-이득을 계산하고, 상기 I-이득 및 P-이득으로부터 단기 보정량 및 장기 보정량을 계산하는 연료 제어방법에 있어서,
    (a) 차량이 가속 상태인가를 판단하는 단계;
    (b) 가속 상태인 경우에 상기 I-이득이 설정범위 내인가 판단하는 단계;
    (c) 상기(b)단계에서 설정범위 내가 아닌 경우에, 상기 I-이득이 I-기준 이득을 벗어난 정도에 제1비례상수를 곱한 후 상기 I-기준 이득을 더한 값으로 상기 I-이득을 변조하고, 상기 P-이득이 P-기준 이득을 벗어난 정도에 제2비례상수를 곱한 후 상기 P-기준 이득을 더한 값으로 상기 P-이득을 변조하는 단계;
    (d) 상기 변조된 I-이득 및 P-이득을 기초로 장기 보정량을 계산하는 단계;
    (e) 상기 장기 보정량을 기초로 가속 총 연료량을 계산하는 단계; 및
    (f) 상기 계산된 가속 총 연료량으로 인젝터를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속시 연료 제어방법.
  3. (정정) 제2항에서,
    상기 가속 총 연료량은 상기 기본 연료량에 상기 단기보정량 및 장기보정량을 곱한 후 드로틀 개도 변화량에 비례하는 가속 연료량을 더하여 계산하는 것을 특징으로 하는 가속시 연료 제어방법.
  4. (정정) 제2항에서,
    (g) 산소센서 반전 유지 시간을 계산하여 상기 반전 유지 시간이 설정시간을 초과하는 경우에는 추가 연료량을 계산하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 가속 총 연료량은, 상기 기본 연료량에 상기 단기보정량 및 장기보정량을 곱한 후 드로틀 개도 변화량에 비례하는 가속 연료량 및 상기 추가 연료량을 더하여 계산되는 것을 특징으로 하는 가속시 연료 제어방법.
  5. 제4항에서,
    상기 추가 연료량은, 상기 산소센서 반전 유지 시간에 설정 환산 상수를 곱한 값으로 계산되며, 상기 설정 환산 상수는, 상기 반전이 농후에서 희박으로의 반전 또는 희박에서 농후로의 반전인가의 여부에 따라 양수 또는 음수로 설정되는 것을 특징으로 하는 가속시 연료 제어방법.
  6. (삭제)
  7. (정정) 설정된 기본 연료량을 계산하고, 산소센서로부터 출력 전압을 입력받아 상기 산소센서 출력 전압과 기준 전압의 차이값에 기초한 P-이득, 상기 차이값의 적분값에 기초한 I-이득을 계산하고, 상기 I-이득 및 P-이득으로부터 단기 보정량 및 장기 보정량을 계산하는 연료 제어방법에 있어서,
    (h) 차량이 가속 상태인가를 판단하는 단계;
    (i) 산소센서 반전 유지 시간을 계산하여 상기 반전 유지 시간이 설정시간을 초과하는 경우에는 추가 연료량을 계산하는 단계;
    (j) 상기 기본 연료량에 상기 I-이득 및 P-이득을 곱한 후 드로틀 개도 변화량에 비례하는 가속 연료량 및 상기 추가 연료량을 더하여 계산되는 값으로 가속 총 연료량을 계산하는 단계; 및
    (k) 상기 계산된 가속 총 연료량으로 인젝터를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속시 연료 제어방법.
  8. (삭제)
  9. (정정)차속을 측정하는 차속 검출수단, 엔진 회전수를 측정하는 엔진 회전수 검출수단, 드로틀 밸브 개도량을 검출하는 드로틀 밸브 개도 검출수단, 배기가스에 포함된 산소량을 검출하는 산소센서, 엔진에 연료를 공급하는 인젝터, 및 상기 각 검출수단 및 센서로부터 입력받은 데이터를 바탕으로 상기 인젝터를 구동하여 연료량을 제어하는 엔진 제어수단을 포함하는 연료 제어 시스템에서,
    상기 엔진 제어수단은, 설정된 기본 연료량을 계산하고, 차량이 가속 상태인 경우에 I-이득이 설정범위 내인가 판단하여, 설정범위 내가 아닌 경우에 I-이득 및 P-이득을 변조하고, 상기 변조된 I-이득 및 P-이득을 기초로 장기 보정량을 계산한 후 상기 장기 보정량을 기초로 가속 총 연료량을 계산하여, 상기 계산된 가속 총 연료량으로 인젝터를 구동하되,
    상기 I-이득 변조는, 상기 I-이득이 I-기준 이득을 벗어난 정도에 제1비례상수를 곱한 후 상기 I-기준 이득을 더하여 계산되며,
    상기 P-이득 변조는, 상기 P-이득이 P-기준 이득을 벗어난 정도에 제2비례상수를 곱한 후 상기 P-기준 이득을 더하여 계산되고,
    상기 가속 총 연료량은 상기 기본 연료량에 상기 단기보정량 및 장기보정량을 곱한 후 드로틀 개도 변화량에 비례하는 가속 연료량을 더하여 계산되는 것을 특징으로 하는 가속시 연료 제어 시스템.
  10. (정정) 제9항에서,
    상기 엔진 제어수단은, 산소센서 반전 유지 시간을 계산하여 상기 반전 유지 시간이 설정시간을 초과하는 경우에는 추가 연료량을 계산하되,
    상기 추가 연료량은, 상기 산소센서 반전 유지 시간에 설정 환산 상수를 곱한 값으로 계산되, 상기 설정 환산 상수는, 상기 반전이 농후에서 희박으로의 반전 또는 희박에서 농후로의 반전인가의 여부에 따라 양수 또는 음수로 설정되는 것을 특징으로 하는 가속시 연료 제어 시스템.
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