KR100401547B1

KR100401547B1 - 차량의 캐니스터 퍼지 농도 보정방법

Info

Publication number: KR100401547B1
Application number: KR10-2001-0014681A
Authority: KR
Inventors: 최규호
Original assignee: 기아자동차주식회사
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2003-10-17
Also published as: KR20020074724A

Abstract

본 발명은 차량의 캐니스터 퍼지 농도 보정방법에 관해 개시한다. 본 발명은 엔진 기동 상태에서 퍼지 공기중의 증발가스 농도에 따라 연료분사량의 보정을 수행할 수 있는 상태인지를 진단하는 퍼지 농도 보정조건 진단단계와, 퍼지 농도 보정조건에 부합될 경우 전자제어유닛(ECU)에 입력된 각종 데이터로부터 보정에 필요한 데이터를 읽어 들이는 퍼지 농도 보정 데이터 수집단계와, 수집된 데이터에 의해 캐니스터로부터 공급되는 퍼지 공기중의 증발가스의 비율을 계산하는 퍼지 농도 산출단계; 산출된 퍼지 농도와 수집 데이터들로부터 퍼지 농도에 따른 연료분사량 보정계수를 산출하는 퍼지 농도 보정계수 산출단계와, 산출된 퍼지 농도 보정계수에 의해 이론공연비를 기준으로 연료분사량을 보정하는 퍼지 농도 보정단계를 포함한다. 바람직하기로 퍼지 농도 보정단계 전에 퍼지 농도를 수회에 걸쳐 반복 산출한 뒤, 그 평균값을 구하는 퍼지 농도 평균값 산출단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명은 엔지 정지시 캐니스터에 포집되어 있다가 엔진 작동시 흡기다기관으로 유입되는 퍼지 공기중의 연료 증발가스 농도에 따라 공기비 제어시 이론공연비에 근접하도록 연료분사량을 정밀하게 제어할 수 있게 된다.

Description

차량의 캐니스터 퍼지 농도 보정방법{Method for correcting purge density of canister use in a vehicle}

본 발명은 차량의 연료공급 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진 정지시에 연료탱크와 혼합기 형성기구로부터 발생되어 캐니스터(canister)에 포집된 연료의 증발가스(HC)가 기동시 엔진 부압에 의해 연소실로 유입되는 양을 감안하여 이론공연비에 부합되도록 연료분사량을 제어하기 위한 캐니스터 퍼지 농도 보정방법에 관한 것이다.

자동차 배출가스는 대기오염의 주요 원인으로 작용하는 바, 이를 줄이기 위해 여러 가지 규제들이 시행되고 있으며, 그 규제정도가 점차 강화되고 있는 추세이다. 이러한 배출가스 규제항목은 자동차 배기관으로부터 방출되는 유해가스를 줄이기 위한 배기가스 규제와, 차량상태에서 연료의 증발에 의한 대기오염을 줄이기 위한 증발가스 규제로 대별된다. 이중, 증발가스 규제에는 주행중에 발생하는 주행 증발가스(RLT:running loss test) 규제와, 장시간 방치시 발생하는 정지 증발가스(DBL: diumal breathing loss) 규제 및 연료의 주유시에 발생하는 급유시 증발가스(ORVR:on-board refueling vapor recovery) 규제가 있다. 여기서, ORVR 규제는 주유시 필터 네크(filter neck)와 주유 건의 틈새 및 후술한 캐니스터의 벤트 포트(vent port)를 통해 증발되는 가스량을 제한하는 규제이다.

이와 같은 규제들을 만족하고 운전성에 문제가 없도록 하기 위해 도 1에 도시한 바와 같이, 차량의 연료공급 시스템상에 연료탱크(1)와 혼합기 형성기구 등에서 발생되는 연료의 증발가스를 포집하는 캐니스터(3)를 구비함과 동시에 캐니스터(3)와 엔진(2) 사이에 퍼지 콘트롤 밸브(purge control valve:4)를 구비하고 있다. 캐니스터(3)는 내부에 입자상의 활성탄(particles of charcoal)을 가득 충진하고 있다. 이에 따라 엔진(2)이 정지한 다음 발생하는 연료의 증발가스는 가는 호스를 통해 캐니스터(3)로 유입되어 활성탄 입자에 흡착되었다가 엔진 작동중에 퍼지 콘트롤 밸브(4)가 열리면 엔진 부압에 의해 활성탄으로부터 분리, 엔진으로 유입되어 연소됨으로써 퍼지된다.

한편, 배기가스는 자동차 배출가스 중에서 가장 큰 비중을 차지하는 바, 대기중으로 방출되는 배기가스중의 유해물질을 최소화하기 위한 여러 가지 수단들이 적용되고 있다. 예컨대, 전자제어방식의 연료분사장치 및 점화장치와, 3원촉매기, 배기가스 재순환(EGR)장치, 공기비(λ) 제어 시스템 등이 그것이다. 이중, 공기비 제어 시스템은 3원촉매기가 엔진의 이론공연비(λ=1) 부근의 좁은 영역에서 작동할 경우 CO, HC, NOx 등의 유해물질을 90% 이상 정화시킬 수 있는 것에 기인하여 채택되고 있다. 즉, 공기비센서에 의해 배기가스 중의 산소농도를 측정하고, 이 측정값에 근거하여 연료분사량을 그 때마다 수정함으로써 엔진(2)에 공급되는 혼합비가 공기비 'λ=1' 부근의 좁은 영역내에 유지되도록 제어하는 것이다.

그런데, 엔진(2)이 작동되면 퍼지 콘트롤 밸브(4)가 열려 캐니스터(3)에 포집되어 있던 증발가스도 엔진(2)으로 유입되므로 퍼지 공기중에 포함되어 있는 증발가스의 양은 정밀제어가 요구되는 엔진(2)의 공기비 제어에 적지 않은 영향을 미치게 된다. 물론, 캐니스터(3)로부터 유입되는 퍼지 공기는 대부분 캐니스터(3)의 벤트 호스를 통해 유입된 순수 공기이고 증발가스는 미세한 양에 불과하지만, 활성탄에 흡착된 증발가스가 많을 경우에는 미세한 양이라도 농도가 진하기 때문에 엔진(2)의 공기비 제어에 많은 영향을 미치게 되는 것이다. 그럼에도 종래의 연료공급 시스템은 퍼지 공기중의 증발가스 농도를 전혀 고려하지 않고 단순히 공기비센서의 산소량 검출신호에 의해서만 연료분사량을 조절하고 있는 바, 공기비 제어의 정밀도를 보장할 수 없고 차량의 연비증가와 유해 배기가스의 증가를 유발하는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 감안하여 발명된 것으로서, 엔진 정지시 캐니스터에 포집되어 있다가 엔진 작동시 흡기다기관으로 유입되는 퍼지 공기중의 연료 증발가스 농도에 따라 이론공연비에 부합되도록 연료분사량을 제어할 수 있는 차량의 캐니스터 퍼지 농도 보정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 특히 공기비 제어 시스템을 채용하는 차량에서 공기비센서에 의한 공연비의 피드백과 연계하여 혼합비를 이론공연비에 최대한 근접하도록 제어할 수 있는 차량의 캐니스터 퍼지 농도 보정방법을 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 차량의 연료공급라인을 나타낸 개략도,

도 2는 본 발명에 의한 캐니스터 퍼지 농도 보정방법을 나타낸 블록도,

도 3은 본 발명을 설명하기 위한 플로우챠트이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1: 연료탱크 2: 엔진

3: 캐니스터 4: 퍼지 콘트롤 밸브

5: 전자제어유닛(ECU) 7: 공기비센서

이와 같은 목적들을 달성하기 위해 본 발명에 의한 차량의 캐니스터 퍼지 농도 보정방법은, 엔진 기동 상태에서 퍼지 공기중의 증발가스 농도에 따라 연료분사량의 보정을 수행할 수 있는 상태인지를 진단하는 퍼지 농도 보정조건 진단단계; 퍼지 농도 보정조건에 부합될 경우 전자제어유닛(ECU)에 입력된 각종 데이터로부터 보정에 필요한 데이터를 읽어 들이는 퍼지 농도 보정 데이터 수집단계; 수집된 데이터에 의해 캐니스터로부터 공급되는 퍼지 공기중의 증발가스의 비율을 계산하는 퍼지 농도 산출단계; 산출된 퍼지 농도와 수집 데이터들로부터 퍼지 농도에 따른 연료분사량 보정계수를 산출하는 퍼지 농도 보정계수 산출단계; 산출된 퍼지 농도 보정계수에 의해 이론공연비를 기준으로 연료분사량을 보정하는 퍼지 농도 보정단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 한 바람직한 특징에 의하면, 퍼지 농도 보정단계 전에 퍼지 농도를 수회에 걸쳐 반복 산출한 뒤, 그 평균값을 구하는 퍼지 농도 평균값 산출단계를 더 포함한다.

이에 따라 본 발명은, 엔지 정지시 캐니스터에 포집되어 있다가 엔진 작동시 흡기다기관으로 유입되는 퍼지 공기중의 연료 증발가스 농도에 따라 공기비 제어시 이론공연비에 최대한 근접하도록 연료분사량을 정밀하게 제어할 수 있게 되므로 차량의 연비절감과 유해 배기가스 감소에 효과를 발휘하게 된다.

이와 같은 본 발명의 구체적 특징과 다른 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.

먼저 도 2에서, 차량의 공기비 제어는 배기가스중의 산소량을 측정하는 공기비센서(7)에서 측정신호를 전자제어유닛(5)에 전달해오면, 전자제어유닛(5)이 공기센서(7)로부터의 입력신호를 기입력되어 있는 기준값과 비교하여 혼합비의 희박/농후를 결정한다. 다음, 이와 같이 결정된 혼합비 값에 의해서 공연비 제어 시스템에 의해 먼저 결정된 인젝터의 연료분사량을 추가적으로 보정함으로써 최적연소를 실현시키게 된다. 이 때, 공연비의 변화가 너무 급격하게 진행될 경우 차량 속도가 급격히 증감되는 바, 전자제어유닛(5)은 공연비의 변화가 시간함수에 의해 천천히 변화되도록 유도하는 적분요소(intergrator)를 포함하고 있다.

이러한 공기비 제어시 엔진 정지중에 캐니스터(3)에 포집된 연료 증발가스가 많으면 퍼지 농도가 진하기 때문에 연료분사량을 이론공연비에 부합하도록 정확히 제어하기 곤란하다. 따라서, 퍼지 콘트롤 밸브(4)를 통해서 유입되는 퍼지 공기중의 증발가스 비율을 고려하여 연료분사량을 제어할 필요가 있으며, 이를 위해 본 발명은 도 3에 나타낸 바와 같은 방법으로 퍼지 농도에 따라 연료분사량을 이론공연비에 최대한 근접하도록 보정해주게 된다.

단계(10)에서, 먼저 엔진 시동상태에서 퍼지 농도에 따른 연료분사량 제어가 수행될 수 있는지의 여부를 진단한다. 이는 퍼지 농도 보정을 조건에 관계 없이 항상 수행하지 않고, 그를 수행할 수 있는 소정의 조건이 만족된 경우에만 수행하여 공기비 제어의 정밀도를 높이기 위함이다. 이를 위한 퍼지 농도 보정조건은 하기의 표와 같으며, 엔진이 기동되고 나면 전자제어유닛(5)이 각종의 센서들로부터 입력된 신호에 의해 판단한다.

<퍼지 농도 보정조건>

진단조건(냉각수 80℃ 도달전에 모두 판단됨)	판단 변수 및 기준	판정
진단조건(냉각수 80℃ 도달전에 모두 판단됨)	판단 변수 및 기준	예	아니오
1	엔진이 시동시인가?	RPM ≥ 600 이상이어야 함	o
2	공연비를 제어하는가?	피드백 제어하고 있어야 함	o
3	퍼지 콘트롤 밸브가 고장인가?	고장이 아니어야 함		o
4	퍼지 콘트롤 밸브가 작동하는가?	밸브 작동 ON이어야 함	o
5	EVAPO LEAK MONITORING인가?	MONITORING이 OFF이어야 함		o
6	냉각수온이 일정온도 이상인가?	냉각수 ≥80℃이어야 함	o
7	흡기온도가 일정온도 이상인가?	흡기온도 ≥30℃이어야 함	o

위의 조건들을 모두 만족할 때에만 공기비 제어시스템의 퍼지 농도 보정을 위한 제어가 가능해진다.

퍼지 농도 보정조건들을 모두 만족하면, 단계(20)에서, 전자제어유닛(5)으로 입력된 각종 데이터들 중에서 퍼지 농도 보정에 필요한 데이터들을 읽어 들인다. 이러한 데이터들은 이론공연비를 기준으로 혼합기의 비율을 제어하기 위한 것인 바, 엔진(2)으로 공급되는 연료와 공기에 대한 각종 데이터로 이루어진다. 즉, 인젝터에서 공급되는 액체 연료량(A1), 흡입 공기량(A2), 퍼지 콘트롤 밸브(4)에서 유입되는 퍼지 공기량(A3), 퍼지 콘트롤 밸브(4)에서 유입되는 퍼지 공기량중의 공기량(A4), 퍼지 콘트롤 밸브(4)에서 유입되는 퍼지 공기량중의 증발가스량(A5), 공기 밀도(A6), 증발가스 밀도(A7), 액체연료 밀도(A8), 공연비 적분 보정값(A9) 및 흡입 공기량(A2)에 대한 퍼지 공기량(A3) 비율(P2:퍼지율)을 수집한다.

다음 단계(30)에서, 위의 데이터들로부터 퍼지 콘트롤 밸브(4)에서 유입되는 퍼지 공기중에 포함된 연료 증발가스의 농도(P1)를 산출한다. 이러한 퍼지 농도는 후술한 퍼지 농도 보정계수의 정확도를 위해 예컨대, 50msec마다 수회에 걸쳐 반복 산출한다.

퍼지 농도가 산출되고 나면, 단계(40)에서, 퍼지 농도에 따라 연료분사량을 적절히 제어하기 위한 퍼지 농도 보정계수(A10)를 위의 데이터들과 퍼지 농도에 의해 산출한다.

여기서, 전자제어유닛(5)에서 읽어들인 데이터들로부터 퍼지 농도(P1)와 퍼지 농도 보정계수(A10)를 산출하는 방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

공연비는 다음 식에서 보는 것과 같이, 각각을 흡입 공기량, Purge률, Purge 농도로 표시하면

Purge 농도 P1: P1 = A5 / A3 .................... ①

Purge 률: P2 = A3 / A2 .................... ②

Purge Solenoid에서 유입하는 공기량 A4 = A3 - A5

①에서, A4 = A3 ×(1-P1)

②에서, A4 = A2 ×P2 ×(1-P1) .................... ③

Injector에서 공급되는 연료량 A1 ×A8 은

A1 ×A8 = A2 ×A6 / 14.7 ×(A9 ×A10) ............... ④

Purge Solenoid에서 유입하는 연료량 A5는

①에서, A5 = P1 ×A3

②에서, A5 = A2 ×P2 ×P1 .................... ⑤

③,④,⑤를 공연비의 식에 대입하면

공연비를 14.7이 되게하기 위해 제어하는 것을 고려하면 위의 식은

위의 식을 변환하면 농도값은

.................... ⑥

여기서 농도 보정 계수 A10은 공연비를 14.7이 되게 하기 위한 제어를 위한 계수로 가정하면,

A9=1.0으로 하면, 농도치에서 농도 보정 계수가 산출 가능하게 된다.

A10은 식⑥에서 A9=1.0으로 하면

................. ⑦

표준상태에서 연료증기밀도를 A7=3.21[g/L], 공기밀도 A6=1.29[g/L]으로 하면 위 식 ⑥,⑦은 각각

다음 단계(50)에서, 퍼지 농도(P1) 산출과 퍼지 농도 보정계수(A10)의 산출에 소정시간, 즉 설정된 기준횟수가 경과되었는가를 판단한 뒤, 설정시간이 경과되었으면 단계(60)에서 퍼지 농도(P1)의 평균값(50msec*산출 평균횟수)을 산출한다.

이에 따라 산출된 평균값에 의해 단계(70)에서, 이론공연비(14.7:1)를 기준으로 공기비 제어에 의해 결정된 연료분사량을 추가적으로 보정한다. 따라서, 공기비 제어시에 캐니스터(3)에 포집된 연료 증발가스의 농도를 감안하여 연료분사량을 공기비 'λ=1'에 최대한 근접하도록 제어할 수 있게 된다. 결과적으로, 차량의 연비저감은 물론 유해 배기가스를 더욱 줄일 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 엔지 정지시 캐니스터에 포집되어 있다가 엔진 작동시 흡기다기관으로 유입되는 퍼지 공기중의 연료 증발가스 농도를 정확히 파악할 수 있으며, 이를 공기비 제어시 추가로 보정해줌으로써 이론공연비에 최대한 근접하도록 연료분사량을 정밀하게 제어할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명은 차량의 연비 절감과 유해 배기가스를 더욱 감소시키는 우수한 효과가 있다.

Claims

공기비 제어시스템이 적용된 차량에서 캐니스터로부터 흡기다기관으로 유입되는 퍼지 공기중의 연료 증발가스 농도에 따라 연료분사량을 제어하기 위한 캐니스터 퍼지 농도 보정방법으로서,

엔진 기동 상태에서 퍼지 공기중의 증발가스 농도에 따라 연료분사량의 보정을 수행할 수 있는 상태인지를 진단하기 위해 다음 퍼지 농도 보정조건을 진단하는 단계

<퍼지 농도 보정조건>

진단조건(냉각수 80℃ 도달전에 모두 판단됨) 판단 변수 및 기준 판정 예 아니오 1 엔진이 시동시인가? RPM ≥ 600 이상이어야 함 o 2 공연비를 제어하는가? 피드백 제어하고 있어야 함 o 3 퍼지 콘트롤 밸브가 고장인가? 고장이 아니어야 함 o 4 퍼지 콘트롤 밸브가 작동하는가? 밸브 작동 ON이어야 함 o 5 EVAPO LEAK MONITORING인가? MONITORING이 OFF이어야 함 o 6 냉각수온이 일정온도 이상인가? 냉각수 ≥80℃이어야 함 o 7 흡기온도가 일정온도 이상인가? 흡기온도 ≥30℃이어야 함 o

;

퍼지 농도 보정조건에 부합될 경우 전자제어유닛에 입력된 다음 데이터로부터 보정에 필요한 데이터를 읽어 들이는 퍼지 농도 보정 데이터 수집단계

;

수집된 데이터에 의해 캐니스터로부터 공급되는 퍼지 공기중의 증발가스의 비율을 계산하는 퍼지 농도 산출단계;

산출된 퍼지 농도와 상기 데이터들로부터 퍼지 농도에 따른 연료분사량 보정계수를 산출하는 퍼지 농도 보정계수를 다음식을 이용하여 산출하는 단계

1+퍼지율*(1-증발가스농도*(1+14.7*증발가스밀도/공기밀도))

;

산출된 퍼지 농도 보정계수에 의해 이론공연비를 기준으로 연료분사량을 보정하는 퍼지 농도 보정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 퍼지 농도 보정방법.

제 1 항에 있어서, 상기 퍼지 농도 보정단계 전에 퍼지 농도를 수회에 걸쳐 반복 산출한 뒤, 그 평균값을 구하는 퍼지 농도 평균값 산출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 캐니스터 퍼지 농도 보정방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 퍼지 농도 보정조건은, 엔진 시동상태, 공연비 제어상태, 퍼지 콘트롤 밸브 작동상태, 냉각수 일정온도 이상 및 흡기온도 일정온도 이상의 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 캐니스터 퍼지 농도 보정방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 퍼지 농도 보정 데이터는, 인젝터에서 공급되는 연료량, 흡입 공기량, 퍼지 콘트롤 밸브에서 유입되는 퍼지 공기량, 퍼지 공기중의 공기량, 퍼지 공기중의 증발가스량, 공기 밀도, 연료 밀도, 증발가스 밀도, 흡입공기량에 대한 퍼지 공기량의 비율 및 공연비 적분값을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 캐니스터 퍼지 농도 보정방법.
제 1 항에 있어서, 상기 퍼지 농도 보정은, 공연비가 공기비센서에 의한 피드백 상태일 때 수행되는 것을 특징으로 하는 차량의 캐니스터 퍼지 농도 보정방법.