KR100373044B1 - 차량의 연료 피드백 이득 학습방법 - Google Patents

차량의 연료 피드백 이득 학습방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 연료 피드백 이득 학습방법이다.
본 발명에 따르면, RPM과 부하가 노화 판정 영역에 존재하는 경우에 산소 센서의 현재 출력치가 기준치를 초과하는지의 여부에 따라 리치 상태인지 린 상태를 체크한다. 이때 리치 상태라 체크되는 경우에는 산소 센서의 이전 출력치가 리치 상태인지 린 상태인지를 체크하여, 린 상태라 체크되는 경우에는 산소 센서의 리치/린 반전 횟수를 하나 증가시켜 이전 산소 센서의 출력치를 리치 상태로 변환한 후 연료 피드백 이득을 보정한다. 또한 린 상태라 체크되는 경우에는 산소 센서의 이전 출력치가 리치 상태인지 린 상태인지를 체크하여, 리치 상태라 체크되는 경우에는 산소 센서의 리치/린 반전 횟수를 하나 증가시켜 이전 산소 센서의 출력치를 린 상태로 변환한 후 연료 피드백 이득을 보정하는 단계를 포함한다.
그 결과, 차량의 산소 센서가 노화되더라도 연료 피드백 이득을 학습하여 보정하므로써 배출 가스의 감지율 저하를 방지할 수 있다.

Description

차량의 연료 피드백 이득 학습방법{METHOD FOR LEARNING OF FUEL FEEDBACK GAIN OF A CAR}
본 발명은 연료 피드백 이득 보정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량이 배출하는 배기 가스의 농도를 검출함에 있어 산소센서의 응답 주기를 설정하고, 설정된 목표 응답 주기에 맞는 연료량 피드백 제어가 수행되도록 하는 차량의 연료 피드백 이득 학습방법에 관한 것이다.
근래 들어, 자동차 배기 가스에 의한 환경오염을 방지하기 위하여 미국, 유럽 및 아시아 각국에서는 배기 가스 규제를 한층 강화하고 있고, 이런 추세는 다른 나라로 확대될 것으로 예상된다. 이런 강화된 배기 가스 규제를 만족시키기 위하여 차량 제작자는 연료계에 피드백 시스템을 적용하고 있는데, 이 피드백 시스템을 적용하기 위해서는 배기 가스의 농후 정도를 감지하는 산소 센서와 배출가스의 정화를 촉진시키는 촉매(catalyst) 변환기를 부착하게 된다.
산소 센서는 배기 가스중에 함유된 산소의 분압을 대기의 분압과 비교해서 배기 가스의 상태가 리치(RICH) 상태인지 또는 린(LEAN) 상태인지의 여부를 측정하여 그 출력전압을 전자 제어 유니트(Electric Control Unit; 이하 ECU)에 출력한다.
ECU에서는 도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 산소 센서의 현재 출력 신호를 입력받아 기준 전압보다 크면 연소실에 공급되는 연료량이 많은 리치(RICH)로, 반대로 낮으면 연소실에 공급되는 연료량이 적은 린(LEAN)으로 판정하여 연료량의 증량/감량을 결정하고 인젝터의 시간을 제어해 항상 이론 공연비, 바람직하게는 14.7:1에 가깝도록 자동 조정함으로써 촉매 변환기의 정화율을 높여준다. 여기서, 일반적으로 기준 전압은 프로그램 초기에 설정되는 값으로 자동차 메이커나 차종에 따라 다르겠지만 0.456 내지 0.5 볼트이다.
한편, 산소 센서의 출력신호인 리치/린 반복 횟수는 연료 피드백 이득을 얼마로 하느냐에 따라 달라진다. 즉, 값이 크면 빨라지지만 필요없이 오버 리치(over rich) 및 오버 린(over lean)을 불러올 수 있고, 값이 작으면 리치 상태나 린 상태에서 이론 공연비로의 이동이 느려져서 그 이동 기간에 배기 가스중에 CO/HC/N의 농도가 현격히 증가하게 된다. 그러므로, 촉매의 배기 가스 정화 효율을 증대시키기 위해서는 산소 센서의 출력인 리치/린 반복 횟수가 어느 정도의 값을 유지하는 것이 좋다.
그런데, 차량이 노후화되면서 산소 센서 배기 가스의 열, 연료와 엔진 오일에 포함되어 있는 인이나 납 성분 등의 독, 연소 과정 중에 생성되는 카본 등의 퇴적물에 의해서 반응시간이 늦어지게 되고, 그렇게 되면 촉매의 효율 측면에서도 불리하게 된다. 그렇게 되면 차량의 내구 진행에 따라 배기 가스중 유해 성분의 양이 초기 개발 단계보다 많아져서 대기를 오염시키게 되고, 내구성 보장을 하지 못하게 되어서 리콜을 실시해야한다.
이렇게 되면 막대한 리콜 비용은 물론 환경 오염에 대한 시민과 소비자의 불안이 커지고, 이런 대내적인 곤란을 위해서는 촉매 효율을 좀더 증대시키고 내구성이 향상된 촉매를 사용하여야 하는데, 정화 효율 및 내구성을 향상시키기 위하여 엄청난 개발비와 한 단계 업그레이드된 설계 사양을 적용하게 되어 원가 상승의 악 영향을 가져오는 문제점이 있다.
본 발명의 기술과 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 차량에 적용되는 산소 센서의 신호 출력주기를 설정하고, 해당 주기에 따른 연료량 피드백 제어를 수행하여 차량의 노화에 따라 산소 센서가 노화 되더라도 안정된 이론 공연비의 제어를 통해 배기 가스를 안정화시키도록 한 것이다.
도 1은 일반적인 연료 피드백 시스템에 따른 연료의 증/감을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 산소 센서의 리치/린 상태를 설명하기 위한 파형도이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 피드백 이득 학습방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 RPM과 부하에 따른 산소 센서의 노화 판정 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 산소 센서의 리치/린 반전 횟수에 따른 카운트치를 설명하기 위한 도면이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 차량의 연료 피드백 이득 학습방법은,(a) 엔진 상태가 연료 피드백 조건을 만족하고 RPM과 부하가 산소센서 노화 판정 영역에 포함되는지를 판단하는 단계와; (b) 상기 단계(a)의 조건을 만족하면 산소 센서의 출력값을 기준값과 비교하여 배기 가스가 리치 상태인지 린 상태인지를 판단하는 단계; (C) 상기 단계(b)에서 산소 센서의 출력값이 판단되면 이전 출력값과 현재 출력값을 비교하는 단계; (d) 상기 단계(c)에서 이전 출력값이 현재의 출력값과 동일한 값을 갖는 상태이면 산소 센서의 리치/린 반전 횟수를 증가시킨 다음 설정된 기준값과의 비교를 통해 연료량 피드백 이득을 보정하여 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 단계(c)에서 산소 센서의 이전 출력값이 배기 가스의 리치/린으로 판단되어 리치/린 반전이 카운터 값 증가를 통한 보정이 수행되면 리치/린 반전 횟수와 산소 센서 카운트치를 비교하여 리치/린 반전 횟수가 카운트치 미만인 경우에는 산소 센서의 노후로 판정한 후 연료 량 피드백 보정을 수행하는 것을 특징으로 한다.이러한 차량의 연료 피드백 이득 학습방법에 의하면, 차량의 산소 센서가 노화되더라도 연료 피드백 이득을 학습하여 보정하므로써 배기 가스의 정화 효율을 높이게 된다.
그러면, 통상의 지식을 지닌자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 실시예에 관해 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 피드백 이득 학습방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4는 RPM과 부하에 따른 산소 센서의 노화 판정 영역을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 산소 센서의 리치/린 반전 횟수에 따른 카운트치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3b를 참조하면, 먼저 엔진의 운전 조건이 충부한 웜업이 이루어 졌고, 촉매의 활성화가 이루어진 연료량 피드백 모드인지의 여부를 체크하여(단계 S110), 연료 피드백 모드라 체크되면 아이들 상태인지를 판단하는 가/감속 완료 여부를 체크한다(단계 S112).
상기 단계 S112에서 가/감속 미완료라 체크되는 경우에는 단계 S110으로 피드백하고, 가/감속 완료인 경우에는 연료 차단 모드인지의 여부를 체크한다(단계 S114).이때 연료 차단 중에는 산소 센서에서 검출되는 배기 가스의 농도가 린 상태로 나타난다.
단계 S114에서 연료 차단 모드가 아닌 경우에는 단계 S110으로 피드백하고, 연료 차단 모드라 체크되는 경우에는 스로틀 포지션 센서(TPS; Throttle Position Sensor)의 출력치가 아이들 상태인지의 여부를 체크한다(단계 S116).
단계 S116에서 TPS가 아이들 상태라 체크되는 경우에는 단계110으로 피드백하고, 아이들 상태가 아닌 경우에는 RPM이 도 4에 도시한 바와 같은 노화 판정 영역에 존재하는 지의 여부를 체크한다(단계 S118).본 발명에서 일례로 설명한 노화 판정 영역은 2,000RPM부터 3,000RPM 사이에서 부하가 50% 이상 60% 이하에 포함되는 경우에 대하여 산소 센서의 노화 판정 영역으로 설정하였다.
단계 S118에서 RPM이 노화 판정 영역에 존재하는 경우에는 부하가 도 4에 도시한 바와 같은 노화 판정 영역에 존재하는지의 여부를 체크한다(단계 S120).
단계 S120에서 부하가 노화 판정 영역에 존재하지 않는 경우에는 단계 S110으로 피드백하고, 부하가 노화 판정 영역에 존재하는 것으로 체크되는 경우에는 산소 센서의 현재 출력치가 기준치를 초과하는지의 여부를 체크한다(단계 S130).
단계 S130에서 산소 센서의 출력치가 기준치를 초과하는 경우에는 리치 상태로 판정하여 이전 산소 센서의 출력치가 리치 상태인지의 여부를 체크한다(단계 S140).
단계 S140에서 이전 산소 센서의 출력치가 린 상태로 체크되는 경우에는 산소 센서의 리치/린 반전 횟수를 하나 증가시키고(단계 S142), 이전 산소 센서의 출력치를 리치 상태로 전환한다(단계 S144).
단계 S130에서 산소 센서의 출력치가 기준치 이하라 체크되는 경우에는 린 상태로 판정하여 이전 산소 센서의 출력치가 린 상태인지의 여부를 체크한다(단계 S150).
단계 S150에서 이전 산소 센서의 출력치가 리치 상태로 체크되는 경우에는 산소 센서의 리치/린 반전 횟수를 하나 증가시키고(단계 S152), 이전 산소 센서의 출력치를 린 상태로 전환한다(단계 S154).
단계 S140에서 이전 산소 센서의 출력치가 리치 상태로 체크되는 경우와, 단계 S144에서 이전 산소 센서의 출력치를 리치 상태로 전환한 이후에, 그리고 단계 S150에서 이전 산소 센서의 출력치가 린 상태로 체크되는 경우와, 단계 S154에서 이전 산소 센서의 출력치를 린 상태로 전환한 이후에는 산소 센서의 리치/린 반전 카운트 시간이 소정 시간을 경과했는지의 여부를 체크한다(단계 S160).
단계 S160에서 소정 시간을 경과하지 않았다고 체크되는 경우에는 단계 S110으로 피드백하고, 소정 시간을 경과했다고 체크되는 경우에는 산소 센서의 리치/린 반전 횟수가 산소 센서의 카운트치 미만인지의 여부를 체크한다(단계 S170).
단계 S170에서 산소 센서의 리치/린 반전 횟수가 산소 센서의 카운트치 이상이라 체크되는 경우에는 단계 S110으로 피드백하고, 산소 센서의 리치/린 반전 횟수가 산소 센서의 카운트치 미만이라 체크되는 경우에는 연료 피드백 이득을 보정한 후 단계 S110으로 피드백 한다(단계 S180).이때 연료 피드백 이득의 보정은 Gi= Gi-1* (1.0+연료 보정 이득/256)(여기서, Gi-1은 이전의 연료 피드백 이득이고, Gi는 현재의 연료 피드백 이득)을 근거로 수행한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 차량의 산소 센서가 노화되더라도 산소 센서에서 검출되는 리치/린의 정보를 보정하므로써 안정된 연료량 피드백 제어가 수행되어 배기 가스의 정화 효율이 안정되게 유지된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료 피드백 이득 학습방법을 적용하게 되면 배기 가스 규제치 강화에 대응한 촉매의 귀금속 부하량을 감소시켜 원가를 절감할 수 있다.
또한 배기 가스 내구성에 대한 신뢰성을 확보할 수 있으며, 이로 인한 소비자들로부터의 신뢰성을 획득할 수 있으며, 대기 오염의 한 원인인 차량 배기 가스를 안정화한다.

Claims (6)

  1. (a) 엔진 상태가 연료 피드백 조건을 만족하고 RPM과 부하가 산소센서 노화 판정 영역에 포함되는지를 판단하는 단계와;
    (b) 상기 단계(a)의 조건을 만족하면 산소 센서의 출력값을 기준값과 비교하여 배기 가스가 리치 상태인지 린 상태인지를 판단하는 단계;
    (C) 상기 단계(b)에서 산소 센서의 출력값이 판단되면 이전 출력값과 현재 출력값을 비교하는 단계;
    (d) 상기 단계(c)에서 이전 출력값이 현재의 출력값과 동일한 값을 갖는 상태이면 산소 센서의 리치/린 반전 횟수를 증가시킨 다음 설정된 기준값과의 비교를 통해 연료량 피드백 이득을 보정하여 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료 피드백 이득 학습방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계(c)에서 산소 센서의 이전 출력값이 배기 가스의 리치/린으로 판단되어 리치/린 반전이 카운터 값 증가를 통한 보정이 수행되면 리치/린 반전 횟수와 산소 센서 카운트치를 비교하여 리치/린 반전 횟수가 카운트치 미만인 경우에는 산소 센서의 노후로 판정한 후 연료 량 피드백 보정을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료 피드백 이득 학습방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연료 피드백 이득의 보정은,
    Gi= Gi-1* (1.0+연료 보정 이득/256)(여기서, Gi-1은 이전의 연료 피드백 이득이고, Gi는 현재의 연료 피드백 이득)을 근거로 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 연료 피드백 이득 학습방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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