KR100397977B1 - 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진제어방법 - Google Patents

자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진제어방법 Download PDF

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Abstract

가솔린 엔진의 냉시동 및 공회전시 점화시기 지연기법을 적용하고, 희박 공연비 상태에서 시동 및 공회전이 이루어지도록 함과 동시에 연료액막을 고려한 연료 제어를 실시함으로써, 탄화수소계 배출물(THC)을 최소화할 목적으로;이론 공연비 보다 희박한 공연비가 되도록 흡입 공기량을 제어하고, 엔진 부하가 최소화되도록 제어하는 제1 단계와; 상기 제 1단계 과정에서 엔진의 크랭킹이 시작되면, 엔진 회전수와 엔진 부하에 따라 공연비 및 점화시기 지연 제어를 행하고, 연료 액막을 고려한 연료제어가 이루어지는 제2 단계와; 상기 제1, 2 단계를 통해 제어된 엔진 회전수가 목표 회전수 이상이면 스타트 후 아이들 모드로 진입되어 검출되는 엔진 회전수와 냉각수온에 따라 공기량을 산출하고, 가변된 엔진 회전수와 엔진 부하에 따른 공연비 제어와 점화시기 지연제어하는 제3 단계와; 상기 제3 단계를 통해 제어된 엔진 회전수가 스타트 후 목표 아이들 회전수에 도달되지 못한 상태에서 현재의 변속단이 주행 변속단으로 전환되면 주행모드로 진입하여 해당 모드에 따른 엔진 제어가 이루어지는 제4 단계를 포함하여 이루어지는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법을 제공한다.

Description

자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법{ENGINE CONTROL METHOD FOR ELIMINATING EMISSION DURING COLD START AND IDLE FOR A VEHICLE}
본 발명은 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가솔린 엔진의 냉시동 및 공회전시 점화시기 지연기법을 적용하고, 희박 공연비 상태에서 시동 및 공회전이 이루어지도록 함과 동시에 연료액막을 고려한 연료제어를 실시함으로써, 탄화수소계 배출물(THC)을 최소화할 수 있도록 한 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차용 엔진은 차량의 주행상태 및 주행조건에 따라 분사되는연료량 및 흡기량과, 점화시기 등에 의하여 제어되며, 이런 제어과정은 운전조건에 따라 각 센서들로부터 검출되는 전기적인 신호를 엔진 제어를 위한 전자제어유닛(ECU)에 미리 입력되어진 데이터와 비교 판단하여 소정의 로직에 따라 이루어지게 된다.
이와같은 제어를 위한 엔진 제어 시스템의 일반적인 구성을 살펴보면, 도 1에서와 같이, 각 감지수단(10 ~ 80)으로부터 전기적인 신호로 해당 엔진의 운전 조건이 검출되어 전자제어유닛(ECU, 이하 ECU로 칭함)으로 전달되면 ECU에서는 미리 설정되어 있는 제어로직에 따라 제어 구동부를 제어하여 현재 엔진 운전상태가 최적의 상태가 되도록 제어를 실시할 수 있도록 구성된다.
상기 감지수단은, 가속 페달의 동작 상태에 따라 가변되는 스로틀 밸브의 개도량을 감지하기 위한 스로틀 센서(10)와, 크랭크축의 변위각과 회전속도를 감지하기 위한 크랭크 포지션 센서(20)와, 캠축의 변위각을 감지하기 위한 캠 포지션 센서(30)와, 흡기 매니폴드로 유입되는 공기의 온도를 감지하기 위한 대기온 감지부(40)와, 실린더 블록 또는 냉각 시스템내 수온을 감지하기 위한 냉각수온 감지부(50)와, 흡기 매니폴드의 공기압력을 감지하기 위한 매니폴드 압력 감지부(60)와, 변속기의 레버 변속 위치를 감지하기 위한 변속레버 감지부(70), 및 배기 시스템내 배기가스중의 산소 분압을 감지하기 위한 산소센서(80)등을 포함하여 이루어진다.
상기 각 감지수단에 의해 감지된 각종 신호가 입력되면, ECU에서는 흡입 공기량 및 연료 분사량과 점화시기등을 제어하여 엔진이 최적화 상태가 되도록 제어하게 되는데, 연료 분사량 제어는 인젝터를 포함하는 연료 분사부(90)의 엑츄에이터 제어에 의하여 이루어지고, 공회전 제어는 흡기계에 구비되는 아이들 스피드 엑츄에이터(Idle Speed Actuator(100), 이하 ISA라 약칭함)의 제어를 통해 바이패스 통로를 통한 흡입 공기량을 제어하는 것에 의해 이루어지는 것이 보편적이다.
그리고 상기 엔진제어시스템에 의한 종래 냉 시동시의 공회전 제어방법을 살펴보면, 도2에서와 같이, 이그니션 키이가 온 상태로 전환되면서 시동이 걸리게 되면(S200), 스타드 모드로 전환되면서 ECU에서는 엔진 회전수와 엔진 부하를 검출하여 미리 설정된 맵에 따라 ISA 개도량을 산출하고, 이에 산출된 개도량에 따라 ISA가 작동하게 된다(S210).
이때 엔진 회전수(n)와 엔진부하(L)는 스로틀 센서(10) 및 크랭크 포지션 센서(20)에 의해 감지된 신호로부터 산정될 수 있고, ISA 개도량 산출식은 F(n, L)과 같은 함수형으로 표기될 수 있다.
그리고 ECU에 의해 설정된 ISA 개도량에 따라 엔진이 작동하는 상태에서 엔진 회전수가 미리 설정된 특정값 K와 비교 판단하여(S220), K값 보다 크면 스타트 후 아이들 모드를 개시하고(S230), 작으면 다시 상기 S210단계에서 ISA 개도량을 조절하게 된다.
상기 S230 단계 이후에는 ECU가 엔진 회전수(n)와 냉각수온(T)에 따라 공기량을 산출하고(F(n, T))(S240), 또한 엔진 회전수(n)와 엔진부하(L)에 따라 공연비와 점화시기를 차례로 산출한다(F(n, L))(S250)(S260).
그리고 현재의 변속단이 중립(N) 또는 파킹(P) 상태인가를 판단하여(S270),현재 변속단이 중립 또는 파킹의 상태라고 판단되면, 다시 현재의 엔진 아이들 회전수를 냉각수온(T)에 따라 엔진 공회전 속도를 유지하고 있는가를 판단하게 된다(S280).
이의 S280 단계에서 엔진 아이들 회전수가 냉각수온에 따른 설정 회전수를 유지하고 있지 않다고 판단되면, 다시 S240 단계로 리턴하여 공기량 및 공연비와 점화시기에 따른 엔진제어를 수행한다.
또한, 상기 S280 단계에서 현재의 변속단이 중립 또는 파킹 상태가 아니라고 판단되면, ECU에서는 아이들 모드를 종료하고 D단 모드로 진입하여 그에 따른 엔진제어를 수행한다(S290).
상기에서와 같은 종래의 제어방법에 의하면, 엔진 회전수를 설정된 목표 회전수에 접근시키기 위하여 피드백 제어를 지속하며, 엔진 연소가 진행됨에 따라 엔진의 마찰저항이 감소되므로 목표 회전수로 제어하기 위해 ISA로 공기량을 조절하게 되는데, 이때 ISA에 의한 공기량의 정밀 제어는 한계가 있는 바, 공연비 및 점화시기 제어로 이를 보완하게 된다.
그러나 냉간 공회전시 점화시기를 지연하여 촉매 활성화 시간을 단축하고 불완전 연소가스 배출을 최소화하고자 하는 경우에는 ISA에 의한 공기량 변동으로 인해 점화시기 변동이나 공연비 변동이 수반하게 되므로, 정밀한 엔진 제어가 복잡해지고 어렵기 때문에 이에따른 배기가스의 배출량이 커진다는 문제점을 내포하고 있다.
또한, 엔진 회전수가 증가함에 따라 ISA는 공기량을 줄이기 위한 제어가 이루어짐으로써, 시동시 촉매 활성화에 소요되는 시간을 최소화 하고자 하는데에 악영향을 미친다는 문제점을 내포하고 있다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 가솔린 엔진의 냉시동 및 공회전시 점화시기 지연기법을 적용하고, 희박 공연비 상태에서 공회전이 이루어지도록 함과 동시에 연료액막을 고려한 연료제어를 실시함으로써, 탄화수소계 배출물(THC)을 최소화할 수 있도록 한 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법을 제공함에 있다.
도 1은 일반적인 자동차용 엔진 제어 시스템의 블록도.
도 2는 종래 엔진 제어방법의 일 예를 보인 흐름도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법의 순서도이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 초기 시동시 최대의 흡기량을 확보하고, 엔진에서의 부하를 최소화하며, 이론 공연비 보다 희박한 상태에서 크랭킹이 이루어지도록 하여 탄화수소계 배출물을 최소화할 수 있도록 한 것에 특징이 있다.
또한, 특정 실린더에서의 온도에 직접적으로 영향을 미치는 해당 실린더의 폭발 횟수와 이그니션 온 후 엔진에서의 폭발 횟수를 연료액막량의 보정항목에 추가하고, 시동후에는 일정시간 동안 최대의 흡기량을 확보한 상태에서 점화시기로 아이들 회전수를 조절함으로써, 탄화수소계의 배출물을 최소화할 수 있도록 한 것에 특징이 있다.
보다 구체적으로 살펴보면, 이그니션 스위치가 온 되어 스타트 모드로 진입하면, 이론 공연비 보다 희박한 공연비가 되도록 흡입 공기량을 제어하고, 자동 변속기에 의한 엔진 부하가 최소화되도록 제어하는 제1 단계와;
상기 제1단계 완료후 엔진의 크랭킹이 시작되면, 엔진 회전수와 엔진 부하에 따라 공연비 및 점화시기를 지연 제어하고, 연료액막에 따른 연료감소 제어가 이루어지는 제2 단계와;
상기 제1, 2 단계를 통해 제어된 엔진 회전수가 목표 회전수 이상이면 스타트 후 아이들 모드로 진입되어 검출되는 엔진 회전수와 냉각수온에 따라 공기량을 산출하고, 가변된 엔진 회전수와 엔진 부하에 따른 공연비 제어와 점화시기를 지연 제어하는 제3 단계와;
상기 제3 단계를 통해 제어된 엔진 회전수가 스타트 후 목표 아이들 회전수에 도달되지 못한 상태에서 현재의 변속단이 주행 변속단으로 전환되면 주행모드로 진입하여 해당 모드에 따른 엔진 제어가 이루어지는 제4 단계를 포함하여 이루어지는 엔진 제어방법을 제공한다.
그리고 이그니션 스위치가 온 되어 스타트 모드로 진입하면, 이론 공연비 보다 희박한 공연비가 되도록 바이패스 통로의 최대 개도에 의해 최대의 흡입 공기량이 유입되도록 하고, 자동 변속기 라인압이 최소화되도록 제어하는 제1 단계와;
상기 제1단계 완료후 엔진의 크랭킹이 시작되면, 엔진 회전수와 엔진 부하에 따라 이론 공연비 보다 희박한 공연비로 제어한 후, 점화시기를 지연 제어하고, 초폭 실린더의 식별 및 폭발수의 카운트가 보정항목으로 포함되는 연료액막량에 따른 연소 감소 제어가 이루어지는 제2 단계와;
상기 제1, 2 단계를 통해 제어된 엔진 회전수가 목표 회전수 이상이면 스타트 후 아이들 모드로 진입되어 검출되는 엔진 회전수와 냉각수온에 따라 공기량을산출함과 동시에 흡입 공기량이 최대가 되도록 하고, 가변된 엔진 회전수와 엔진 부하에 따른 공연비 제어와 점화시기를 지연 제어하는 제3 단계와;
상기 제3 단계를 통해 제어된 엔진 회전수가 스타트 후 목표 아이들 회전수에 도달되지 못한 상태에서 현재의 변속단이 주행 변속단으로 전환되면 주행모드로 진입하여 해당 모드에 따른 엔진 제어가 이루어지고, 현재의 변속단이 주행 변속단이 아닌 중립 또는 파킹 모드인 경우에는 엔진의 회전수를 제3 단계에서 점화시기 지연으로 공회전을 제어할 수 있도록 하는 제4 단계를 포함하여 이루어지는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법을 제공한다.
상기에서 연료액막량은 특정 실린더에서의 폭발횟수와, 초폭으로부터 진행된 폭발횟수와, 흡기 매니폴드의 압력과, 대기온과, 냉각수온과, 엔진 회전수에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
상기에서 실린더별 폭발수 카운트는 크랭크축의 각 가속도를 검출하여 그 값이 설정된 임계 가속도 보다 큰 것으로 확인되는 경우에 폭발 행정에 해당하는 실린더를 확인하고, 각 실린더가 폭발 행정에 해당하게 되는 횟수를 카운트하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 4단계에서 현재의 변속단이 중립 또는 파킹 모드인 경우에는 제1 단계에서 기록된 시간과 제4 단계에서 기록된 시간에 의해 엔진 시동으로부터 경과된 시간을 산출하고, 그 결과값이 설정된 임계시간 보다 큰 경우에는 제3 단계의 초기 상태부터 제어가 이루어지도록 리턴되고, 그 결과값이 설정된 임계시간 보다 작은 경우에는 흡입 공기량이 최대가 되도록 재설정하는 제어하는 단계와;
상기 단계의 완료 후, 현재(i번째)의 엔진 회전수(n(i))와 그 직전((i-1)번째)의 엔진 회전수(n(i-1))간의 차이가 설정된 임계 회전수 변화량(△s)을 초과하는지 여부를 판단하여, 임계 회전수 변화량(△s)을 초과하면 신규로 검출되는 엔진 회전수와 엔진 부하에 따른 공연비와 점화시기를 다시 제어할 수 있도록 제3 단계로 리턴되고, 임계 회전수 변화량(△s)을 미달하면 점화시기를 다시 제어할 수 있도록 제 3단계로 리턴되는 단계를 더욱 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기에서 임계 회전수 변화량(△s)은 임계 회전수 변화량 이내에서 엔진 회전수의 변화폭을 점화시기 제어로 최소화하면서 설정 엔진 회전수로 제어하는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 제어방법을 운용하기 위해서는 상기에서 설명된 도1의 엔진 제어 시스템이 적용되며, 본 발명을 적용하기 위해서는 기존의 엔진 제어시스템 구성에서 제어 구동부에 자동 변속기 제어유닛(110)이 추가되는 바, 엔진 제어시스템의 구성 부분을 인용하는 경우에는 도1의 인용 부호와 동일부호를 사용함을 전제한다.
도 3은 본 발명에 의한 작동 순서도를 도시한것으로서, 본 발명의 작동은 스타트 모드 부분과 스타트 후 아이들 모드 부분으로 나눌 수 있다.
상기 스타드 모드 부분은 이그니션 스위치를 온 상태로 작동시키면 개시되고(S310), 작동이 개시되면, 이그니션 스위치의 온 타임을 검출하면서(S320) 스타드 모드로 진입하게 된다(S330).
이와같이 스타드 모드로 진입하면(S330), ECU에서는 최대의 흡입 공기량이 흡입될 수 있도록 공기량 조절액튜에이터(ISA)(100)의 개도량을 최대로 할 수 있는 K%로 제어한 후(S340), 자동 변속기의 제어유닛에 전기적인 신호를 보내 시동시 자동 변속기의 라인압이 걸리지 않도록 제어한다(S350).
상기 S340 단계에서 K%라고 함은 최대의 흡입 공기량을 확보하여 희박 공연비가 되도록 하기 위하여 100% 또는 이에 가장 근접된 상태로 공기량 조절액튜에이터(ISA)가 열릴 수 있도록 최대의 개도량으로 설정되며, S350 단계에서는 희박 공연비에서도 시동이 걸릴 수 있도록 엔진에 부과되는 부하를 최소화하기 위한 수단으로 자동 변속기에 라인압이 걸리지 않도록 하기 위한 것이다.
즉, 자동 변속기 탑재 차량의 경우에 있어서는 엔진이 일단 회전하기 시작하면, 토오크 컨버터를 통해 전달되는 회전 동력이 입력축을 통해 미 도시한 오일펌프를 구동시키면서 라인압이 형성되면서 엔진의 부하로 작용하게 되는 바, 이 라인압을 최소화 또는 라인압이 형성되지 않도록 하여 엔진에 부과되는 부하를 줄일 수 있도록 하기 위한 수단으로, 자동 변속기의 레귤레이터 밸브를 제어하는 솔레노이드 밸브를 구동시켜 오일펌프에 의해 생성되는 유압을 드레인 시키게 되는 것이다.
그리고 상기 S350의 단계가 완료되면, 엔진의 크랭킹이 시작되면서(S360) 시동이 이루어지게 되며, 이와같이 크랭킹이 시작되면 ECU에서는 엔진의 회전수와 엔진 부하를 산출하여 미리 설정된 제어로직에 따라 공연비 제어를 시작한다(S370).
상기 S370 단계에서 엔진 회전수를 n, 엔진 부하를 L, 공연비를 AFR로 각각 나타내면, AFR은 (n, L)의 함수로 결정되며, 이를 수식으로 표현하면, (AFR = F(n,L))이 되는데, 이때 수식의 'F'는 설정된 맵을 검색하여 해당 값을 결정하게 되는 관계를 지시하기 위한 것으로서 특정의 함수를 지시하는 것이 아니며, 공연비 제어는 이론 공연비에 따른 람다값(lambda1)을 초과한다
이에따라 상기 S370 단계에서의 공연비(AFR)는 상기 S350 단계를 수행하는지 여부에 따라 그 값이 달라지게 되는데, 이는 엔진 부하가 다르면 공연비(AFR)는 다른 값을 갖게 되기 때문이다.
상기에서와 같이 공연비(AFR) 제어가 이루어지면, ECU는 S370 단계의 수행시 검출된 엔진 속도와 엔진부하에 따른 점화시기 조절을 수행하게 되며, 이를 수식으로 표현하면, (점화시기=F(n, L))과 같이 되는데, 이때에는 설정 엔진 회전수를 유지하는 범위에서 최대한 지연시키는 제어를 실시하게 된다(S380).
상기의 S370단계와 S380 단계에서 공연비 및 점화시기 제어가 이루어지면, ECU에서는 크랭크 포지션 센서(20)로부터 입력되는 신호에 근거하여 초폭 실린더를 식별하고 각 실린더의 폭발수를 카운트한다(S390).
상기에서 실린더별 폭발수 카운트는 크랭크축의 각 가속도를 검출하여 그 값이 설정된 임계가속도 보다 큰 것으로 확인되는 경우에 폭발 행정에 해당하는 실린더를 확인하고, 각 실린더가 폭발 행정에 해당하게 되는 횟수를 카운트하여 달성된다.
그리고 상기 S390 단계가 수행되면, ECU는 폭발 실린더의 연료액막(Wetting)량에 따른 연료량 보정을 수행하게 되는데, 이때 해당 실린더의 연료 액막량은 상기 S390 단계에서 카운트된 해당 실린더에서의 폭발횟수와, 초폭으로부터 진행된 폭발횟수와, 흡기 매니폴드의 압력과, 대기온과, 냉각수온과, 엔진 회전수에 의해 산출하여 연료량을 감소 제어하게 된다(S400).상기에서 연료액막이라고 함은 공지에서와 같이 자동차 엔진에서 분사된 연료의 상당량이 기화되지 않고 흡기포트 및 흡기밸브등에 부착되어 일정두께의 잔존하는 것으로서, 이의 연료 액막은 엔진의 가열과 고속으로 유입되는 흡입 공기에 의하여 증발되어 실린더로 유입되거나, 공기 유동에 의한 전단력으로 인하여 연료 덩어리로 연소실로 유입된다.그리고 상기에서 연료액막에 따른 연료 보정을 수행하는 것은 연료 액막의 형성으로 분사되는 연료량보다 연소실로 공급되는 연료량이 작아지기 때문에 이의 연료액막량을 고려하여 연료를 보정 제어하게 되는 것이다.
또한, 상기에서 특정 실린더의 폭발횟수와 초폭으로부터 진행된 폭발횟수를 연료액막 보정치로 추가한 것은 특정 실린더의 폭발횟수는 해당 실린더에서의 연료액막량에 영향을 주게 되고, 전체 폭발수는 실린더 헤드를 통한 열전달 및 냉각수온에 따라 연료액막량에 영향을 주게 되며, 이는 탄화수소계 배출물(THC)의 배출량과 매우 밀접한 관계가 있기 때문이다.
즉, 상기까지의 제어는 엔진의 시동을 위한 제어시에는 시동 초기 연료량은 많게 하고, 실린더의 폭발횟수의 증가에 따른 엔진온도 상승과 고속으로 유입되는 공기에 의하여 연료액막이 증발하면서 그 양이 작아지게 되는 바, 그에 따른 연료량 감소제어를 실시하는 것이다.
이러한 제어과정에서 연료액막량을 고려하여 연료를 너무 과다하게 공급하면 탄화수소계 배출물(THC)의 배출량이 증가하고, 반대로 연료를 불충분하게 공급하면 시동성이 저하되면서 탄화수소계 배출물(THC)이 과다 배출된다.
따라서 특정 실린더에서의 온도에 직접적으로 영향을 미치는 그 실린더의 폭발횟수나 시동키 온 후 엔진에서의 폭발횟수 등은 고려되지 않았던 종래와는 달리, 본 발명에서는 폭발 실린더의 연료액막에 따른 연료 보정을 수행하여 각 실린더의 과다 또는 과소의 연료액막에 따른 탄화수소계 배출물(THC)의 과다 배출이나 시동성 불량 등의 문제를 개선시킨 것이다.
상기 S400 단계에서 연료량이 연료액막 보정치에 의하여 감소 제어되면, 희박 공연비에 시동이 이루어지게 되는 것이며, 그 후에 ECU에서는 엔진 회전수를 다시 검출하여 이의 엔진 회전수를 미리 설정된 회전수(K)와 비교 판단하게 된다(S410).
상기 S410 단계에서 현재의 엔진 회전수가 설정된 회전수(K) 이상이라고 판단되면, 스타트 후 아이들 모드로 전환되고(S420), 이하라고 판단되면 상기 S380 단계로 리턴되어 다시 제어를 실시하게 된다.
상기 S410 단계에서 스타트 후 아이들 모드로 진입하면(S420), ECU에서는 변화된 엔진 속도(n)와 엔진부하(L)에 따라 공연비(AFR)를 재설정하고, 공기량 조절액튜에이터(ISA)(100)의 개도량을 P1%로 설정하게 된다(S430).
상기에서 공기량 조절액튜에이터(ISA) 개도량 P1은 초기 개도량이며, 흡입 공기량이 최대한 확보되어 희박 공연비가 이루어지도록 그 개도율을 100% 정도로 최대로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 S430 단계가 수행되면, ECU에서는 엔진 회전수(n)와 엔진 부하(L)에 따라 설정되는 공연비(AFR) 제어가 이루어지고(S440), 이의 공연비 제어가 이루어지면, 엔진 회전수(n)와 엔진부하(L)에 따라 설정되는 점화시기로 엔진 제어를 수행한다(S450).
상기 S450 단계가 수행되면 엔진 회전수가 가변되는데, 이때 ECU에서는 점화시기 제어가 이루어진 시점으로부터의 경과시간(t(i))을 기록하면서(S460) 엔진 회전수가 설정된 회전수(N)에 도달되는지를 여부를 판정하게 되며(S470), 이때의 엔진 회전수는 공회전 제어시의 목표 회전수가 된다.
상기 S470 단계에서 엔진 회전수가 목표의 공회전 회전수(N)에 도달된 것으로 판정되면, ECU에서는 상기 S460 단계로 리턴되어 반복적으로 제어가 이루어지며, 엔진 회전수(N)가 목표 공회전 회전수에 도달하지 않은 것으로 판단되면, 변속단이 중립 또는 파킹 상태인가를 판단하여(S480), 현재의 변속단이 중립 또는 파킹 상태가 아닌 것으로 판단되면 주행 모드로 진입하여 설정된 제어 로직에 따른 공회전 엔진 제어를 종료하게 된다.
그리고 상기의 S490 단계에서 변속단이 중립 또는 파킹 상태로 판단되면, ECU에서는 상기 S460 단계에서 기록된 경과시간(t(i))을 이용하여 엔진 시동으로부터 경과된 시간을 산출하고(S500), 그 결과값이 설정된 임계시간 보다 큰 경우에는 S430 단계로 복귀한다.
여기서 임계시간(ts(T))은 냉각수온(T)에 대한 함수이고, 상기 S450 단계에서의 점화시기 제어를 통해 엔진 회전수가 공회전 목표 회전수에 도달하는 횟수마다 순차적으로 누적된 변수를 i라 하면, 엔진 시동으로부터 경과된 시간은 i번째 경과시간(t(i))에서 상기 S320 단계에서 검출된 시간(t(1))을 감산한 결과값으로 산출되는 것이다.
이어서 상기 S500 단계에서 산출된 엔진 시동으로부터의 경과시간이 임계시간(Ts(T))에 미달되는 경우, ECU에서는 공기량 조절액튜에이터(ISA) 개도량을 초기 개도량(P1)으로 재설정함으로써(S510), 공기량 조절액튜에이터(ISA) 개도량이 상기 S430에서 설정된 값으로 일정하게 유지되도록 한다.
상기 S510 단계에서 공기량 조절액튜에이터(ISA) 개도량의 재설정이 이루어진후에는 ECU에서 상기 S500 단계와 같은 체계를 이용하여 현재(i번째)의 엔진 회전수(n(i))와 그 직전((i-1)번째)의 엔진 속도(n(i-1))간의 차이가 설정된 임계속도 변화량(△s)을 초과하는지 여부를 판단한다(SS20).
상기에서 임계속도 변화량(△s)은 점화시기 제어로 가능한 엔진 회전수의 변화폭을 의미한다.
상기 S520 단계에서 해당 판단 조건이 성립되지 않는 경우에는 상기 S450단계로 복귀하여 신규로 검출되는 엔진 회전수와 엔진 부하에 따른 점화시기 재설정을 수행하고 이후의 루틴을 반복 수행하게 되는데, 이 경우에는 공기량 조절액튜에이터(ISA) 개도량과 공연비 제어값은 엔진 회전수 및 엔진 부하의 변동과는 무관하게 고정되어 있는 상태가 된다.
그리고 상기 S520 단계에서 판단 조건이 성립되는 경우에는 상기 S440 단계로 복귀하여 신규로 검출되는 엔진 회전수와 엔진 부하에 따른 공연비 및 점화시기를 재설정하게 된다.
상기 S440 단계에서와 같이 공기량 조절액튜에이터(ISA)의 개도량을 조절하여 엔진 회전수 변동(Fluctuation)을 제어하는 경우에는 흡입 공기량의 변동폭이 커지면서 공연비 및 점화시기 변동폭이 커지기 때문에 촉매 활성화 시간이 길어지게 된다.
이에따라 람다 폐회로 제어가 가능한 상태에서는 일반적인 공회전 제어로직을 적용하지만, 산소센서의 피드백이 없어 람다 폐회로 제어가 가능하지 않은 경우에는 시동후 일정시간 동안 공기량 조절액튜에이터(ISA)를 최대로 개방시킨 상태에서 점화시기 제어를 통해 점화시기에 제어에 의해 제어 가능한 범위내로 엔진 회전수의 변동을 저감시킬 수 있게 된다.
이때 엔진 회전수의 변동폭이 점화시기 제어에 의한 제어 범위를 벗어나 연비가 너무 희박하다고 판단되면, 설정된 맵을 검색하여 공연비를 조절함으로써 엔진 회전수 변동이 점화시기 제어만으로도 제어 가능한 범위내로 들어가도록 하여 공회전 제어가 보다 효과적으로 이루어질 수 있도록 하는 것이다.
이상에서와 같이 본 발명은 초기 시동시 흡입 공기량을 최대로 확보하고, 엔진에서의 부하를 최소화하며, 이론 공연비 보다 희박한 상태에서 크랭킹이 이루어지도록 하여 탄화수소계 배출물을 최소화할 수 있게 된다.
또한, 특정 실린더에서의 온도에 직접적으로 영향을 미치는 해당 실린더의 폭발 횟수와 이그니션 온 후 엔진에서의 폭발 횟수를 연료 액막량의 보정항목에 추가하고, 시동후에는 일정시간 동안 최대의 흡기량을 확보한 상태에서 점화시기의 지연 제어로 안정적인 아이들 회전수를 제어함으로써, 탄화수소계의 배출물을 최소화할 수 있게 되는 것이다.

Claims (18)

  1. 이그니션 스위치가 온 되어 스타트 모드로 진입하면, 이론 공연비 보다 희박한 공연비가 되도록 흡입 공기량을 제어하고, 자동 변속기에 의한 엔진 부하가 최소화되도록 제어하는 제1 단계와;
    상기 제 1단계 과정에서 엔진의 크랭킹이 시작되면, 엔진 회전수와 엔진 부하에 따라 공연비 및 점화시기 지연 제어를 행하고, 연료 액막을 고려한 연료제어가 이루어지는 제2 단계와;
    상기 제1, 2 단계를 통해 제어된 엔진 회전수가 목표 회전수 이상이면 스타트 후 아이들 모드로 진입되어 검출되는 엔진 회전수와 냉각수온에 따라 공기량을 산출하고, 가변된 엔진 회전수와 엔진 부하에 따른 공연비 제어와 점화시기 지연제어하는 제3 단계와;
    상기 제3 단계를 통해 제어된 엔진 회전수가 스타트 후 목표 아이들 회전수에 도달되지 못한 상태에서 현재의 변속단이 주행 변속단으로 전환되면 주행모드로 진입하여 해당 모드에 따른 엔진 제어가 이루어지는 제4 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서, 제1 단계에서 흡입 공기량은 바이패스 통로의 최대 개도에 의해 최대의 흡입 공기량이 유입되도록 함을 특징으로 하는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법.
  3. 제 1항에 있어서, 제1 단계에서 엔진의 부하 최소화는 자동 변속기의 라인압 최소화 제어에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법.
  4. 제 1항에 있어서, 제2 단계에서 공연비 제어는 이론 공연비 보다 희박한 공연비로 제어됨을 특징으로 하는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법.
  5. 제 1항에 있어서, 제2 단계의 연료액막량은 초폭 실린더의 식별 및 폭발수의 카운트의 보정항목으로 결정되고, 이 연료액막량에 따라 연소량 감소 제어가 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법.
  6. 제 5항에 있어서, 연료액막량의 보정치는 특정 실린더에서의 폭발횟수와, 초폭으로부터 진행된 폭발횟수와, 흡기 매니폴드의 압력과, 대기온과, 냉각수온과, 엔진 회전수에 의해 산출됨을 특징으로 하는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법.
  7. 제 1항 또는 제6 항에 있어서, 실린더별 폭발수 카운트는 크랭크축의 각 가속도를 검출하여 그 값이 설정된 임계 가속도 보다 큰 것으로 확인되는 경우에 폭발 행정에 해당하는 실린더를 확인하고, 각 실린더가 폭발 행정에 해당하게 되는 횟수를 카운트하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법.
  8. 제 1항에 있어서, 제3 단계에서 흡입 공기량은 바이패스 통로의 최대 개도에 의해 최대의 흡입 공기량이 유입되도록 함을 특징으로 하는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법.
  9. 제 1항에 있어서, 제1 단계에서 이그니션 스위치의 온 동작시 그 시간을 기록하고, 제4 단계에서 점화시기 제어 후 그 시간을 기록함을 특징으로 하는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법.
  10. 제1항 또는 제9항 에 있어서, 제 4단계에서 현재의 변속단이 중립 및 파킹 모드인 경우에는 제1 단계에서 기록된 시간과 제4 단계에서 기록된 시간에 의해 엔진 시동으로부터 경과된 시간을 산출하고, 그 결과값이 설정된 임계시간 보다 큰 경우에는 제3 단계의 초기 상태부터 제어가 이루어지도록 리턴되고, 그 결과값이 설정된 임계시간 보다 작은 경우에는 흡입 공기량이 최대가 되도록 재설정하는 제어하는 단계와;
    상기 단계의 완료 후, 현재(i번째)의 엔진 회전수(n(i))와 그 직전((i-1)번째)의 엔진 회전수(n(i-1))간의 차이가 설정된 임계 회전수 변화량(△s)을 초과하는지 여부를 판단하여, 임계 회전수 변화량(△s)을 초과하면 신규로 검출되는 엔진 회전수와 엔진 부하에 따른 공연비와 점화시기를 다시 제어할 수 있도록 제3 단계로 리턴되고, 임계 회전수 변화량(△s)을 미달하면 점화시기를 다시 제어할 수 있도록 제 3단계로 리턴되는 단계를 더욱 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법.
  11. 제 10항에 있어서, 임계 회전수 변화량(△s)은 임계 회전수 변화량 이내에서 엔진 회전수의 변화폭을 점화시기 제어로 최소화하면서 설정 엔진 회전수로 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법.
  12. 제 1항에 있어서, 제4 단계에서 현재의 변속단이 주행 변속단이 아닌 중립 및 파킹 모드인 경우에는 엔진의 회전수를 제3 단계에서 점화시기 지연으로 공회전을 제어할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법.
  13. 이그니션 스위치가 온 되어 스타트 모드로 진입하면, 이론 공연비 보다 희박한 공연비가 되도록 바이패스 통로의 최대 개도에 의해 최대의 흡입 공기량이 유입되도록 하고, 자동 변속기 라인압이 최소화되도록 제어하는 제1 단계와;
    상기 제1단계 완료후 엔진의 크랭킹이 시작되면, 엔진 회전수와 엔진 부하에 따라 이론 공연비 보다 희박한 공연비로 제어한 후, 점화시기를 지연 제어하고, 초폭 실린더의 식별 및 폭발수의 카운트가 보정항목으로 포함되는 연료액막량에 의하여 연소량 감소 제어가 이루어지는 제2 단계와;
    상기 제1, 2 단계를 통해 제어된 엔진 회전수가 목표 회전수 이상이면 스타트 후 아이들 모드로 진입되어 검출되는 엔진 회전수와 냉각수온에 따라 공기량을 산출함과 동시에 흡입 공기량이 최대가 되도록 하고, 가변된 엔진 회전수와 엔진 부하에 따른 공연비 제어와 점화시기를 지연 제어하는 제3 단계와;
    상기 제3 단계를 통해 제어된 엔진 회전수가 스타트 후 목표 아이들 회전수에 도달되지 못한 상태에서 현재의 변속단이 주행 변속단으로 전환되면 주행모드로 진입하여 해당 모드에 따른 엔진 제어가 이루어지고, 현재의 변속단이 주행 변속단이 아닌 중립 및 파킹 모드인 경우에는 엔진의 회전수를 제3 단계에서 점화시기 지연으로 공회전을 제어할 수 있도록 하는 제4 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법.
  14. 제 13항에 있어서, 연료액막량은 특정 실린더에서의 폭발횟수와, 초폭으로부터 진행된 폭발횟수와, 흡기 매니폴드의 압력과, 대기온과, 냉각수온과, 엔진 회전수에 의해 산출됨을 특징으로 하는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법.
  15. 제 13항 또는 제14항에 있어서, 실린더별 폭발수 카운트는 크랭크축의 각 가속도를 검출하여 그 값이 설정된 임계 가속도 보다 큰 것으로 확인되는 경우에 폭발 행정에 해당하는 실린더를 확인하고, 각 실린더가 폭발 행정에 해당하게 되는 횟수를 카운트하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법.
  16. 제 13항에 있어서, 제1 단계에서 이그니션 스위치의 온 동작시 그 시간을 기록하고, 제4 단계에서 점화시기 제어 후 그 시간을 기록함을 특징으로 하는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법.
  17. 제13항 또는 제16항 에 있어서, 제 4단계에서 현재의 변속단이 중립 및 파킹 모드인 경우에는 제1 단계에서 기록된 시간과 제4 단계에서 기록된 시간에 의해 엔진 시동으로부터 경과된 시간을 산출하고, 그 결과값이 설정된 임계시간 보다 큰 경우에는 제3 단계의 초기 상태부터 제어가 이루어지도록 리턴되고, 그 결과값이 설정된 임계시간 보다 작은 경우에는 흡입 공기량이 최대가 되도록 재설정하는 제어하는 단계와;
    상기 단계의 완료 후, 현재(i번째)의 엔진 회전수(n(i))와 그 직전((i-1)번째)의 엔진 회전수(n(i-1))간의 차이가 설정된 임계 회전수 변화량(△s)을 초과하는지 여부를 판단하여, 임계 회전수 변화량(△s)을 초과하면 신규로 검출되는 엔진 회전수와 엔진 부하에 따른 공연비와 점화시기를 다시 제어할 수 있도록 제3 단계로 리턴되고, 임계 회전수 변화량(△s)을 미달하면 점화시기를 다시 제어할 수 있도록 제 3단계로 리턴되는 단계를 더욱 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법.
  18. 제 17항에 있어서, 임계 회전수 변화량(△s)은 임계 회전수 변화량 이내에서 엔진 회전수의 변화폭을 점화시기 제어로 최소화하면서 설정 엔진 회전수로 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차의 냉시동 및 공회전시 배출가스 저감을 위한 엔진 제어방법.
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