KR100428175B1 - 엔진의 연료량 증량 제어 방법 - Google Patents

Abstract

차량의 순간적 급가속, 고부하 영역 및 고속 영역에서 촉매 보호 농후 보정계수의 피드 백 제어를 수행할 목적으로;

차량에 전원이 인가되면 사용하는 모든 변수를 초기화시키고, 주행중인 차량에서 공연비의 피드 백 모드인가를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 공연비의 피드 백 모드임이 판단되면, 배기가스 온도 및 온도 변화율을 산출한 후, 상기 산출되는 배기가스 온도 및 배기가스 온도 변화율에 따라 연료량 증량 제어를 수행하는 단계로 이루어져 있어서, 촉매 온도가 정확하게 불감대를 넘기 시작하는 순간 적분 게인 값에 의한 보정 제어를 수행, 또한 제어 정도를 조절할 수 있으므로 급 가속, 고속 영역에서 촉매온도가 위험 수위에 달했을 때만 보정 제어, 그 이하에서는 보정 제어를 금지함으로써, 연비를 향상시킬 수 있다.

Description

엔진의 연료량 증량 제어 방법{a method for an increase of fuel quantity control of engine}

본 발명은 엔진의 연료량 제어 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 차량의 급가속, 고부하 영역에서의 연비 향상을 위한 엔진의 연료량 제어방법에 관한 것이다.

연료량을 제어함에 있어서, 종래에는 엔진 회전소(rpm)와 충진효울(EV%)이 높은 영역에서는 촉매 온도 상승에의한 손상을 방지하기 위해 공연비 촉매보호 농후 보정 계수를 연료량 제어에 곱셈 연산항으로 보상하여 공연비를 농후하게 함으로써, 촉매 온도 상승을 방지하였다.

그러나, 상기한 종래의 방법은 차량 개발 중 엔진 단품 사양 변경이 없을 경우, 배기량 별, 차종 별 상기 보정 계수 메칭은 불가피하며, 또한 차량 개발시 엔진 주요 단품(에어 플로우 센서, 스로틀 바디, 인젝터, 인테크 메니폴드, 인테크 디아 등) 변경시 이를 재 맵핑해야 하는 난이성의 문제점을 내포하고 있다.

또한 실제 촉매 손상온도에 이익을 많이 두어 맵핑하므로, 실제 일반 운전자들이 가속 모드 및 급가속시 연료 소모량이 증가하는 결과를 초래, 또한 촉매 보호 농후 보정계수는 엔진 회전수와 부하량의 함수로 설정하므로, 순간적인 가속페달 팁-인은 촉매의 온도 상스엥 영향을 주지 않음에도 많은 연료량이 보정되는 결과 급가속시 연료 소모량은 보통의 수배가 됨에 따라 순간 가속 모드 및 출발 모드에서는 불필요한 연료량 증량 제어를 수행함으로 연비 악화의 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차량의 순간적 급가속, 고부하 영역 및 고속 영역에서 촉매 보호 농후 보정계수의 피드 백 제어를 수행하여 연비를 향상시킬 수 있고, 촉매 보호 농후한 영역 맵핑이 용이한 엔진의 연료량 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

차량에 전원이 인가되면 사용하는 모든 변수를 초기화시키고, 주행중인 차량에서 공연비의 피드 백 모드인가를 판단하는 단계와;

상기 단계에서 공연비의 피드 백 모드임이 판단되면, 배기가스 온도 및 온도 변화율을 산출한 후, 상기 산출되는 배기가스 온도 및 배기가스 온도 변화율에 따라 연료량 증량 제어를 수행하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진의 연료량 증량 제어 장치 구성 블록도 이고,

도 2는 본 발명에 따른 엔진의 연료량 증량 제어 방법 동작 순서도 이고,

도 3은 실 배기온 대비 연료량 보정에 따른 배기가스 온도 상승 그래프이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 차량 동작상태 검출장치 110 : 스로틀 밸브 개도량 검출부

120 : 엔진 회전수 검출부 130 : 냉각수온 검출부

140 : O2 검출부 150 : 배기온도 검출부

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진의 연료량 제어 장치 구성 블록도로서, 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 차량의 동작상태를 검출한다.

엔진 제어 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 출력되는 소정의 차량 동작상태 신호를 입력받아 주행중인 차량에서 공연비의 피드 백 모드인가를 판단하여, 상기에서 공연비의 피드 백 모드임이 판단되면, 배기가스 온도 및 온도 변화율을 산출한 후, 상기 산출되는 배기가스 온도 및 배기가스 온도 변화율에 따라 연료량 증량 제어를 위한 소정의 제어신호를 출력한다.

구동장치(300)는 상기 엔진 제어 장치(200)에서 출력되는 소정의 엔진 제어 신호에 동기되어 연료량을 조절한다.

상기에서 차량 동작상태 검출장치(100)는 운전자의 가속페달 조작상태에 따라 연동하는 스로틀 밸브의 개도량 변화를 검출하는 스로틀 밸브 개도량검출부(110)와; 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출부(120)와; 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 냉각수온의 변화를 검출하는 냉각수온 검출부(130)와; 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되어 출력되는 산소량의 변화를 검출하는 O2 검출부(140)와; 배기 메니폴드의 소정의 위치 구비되어 있어서, 차량의 동작상태 변화에 따라 엔진에서 배출되는 배기가스의 온도를 검출하는 배기온도 검출부(150)로 이루어져 있다.

상기한 구성으로 이루어진 엔진의 연료량 제어 방법을 첨부한 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.

차량에 전원이 인가되면 엔진 제어 장치(200)는 사용하는 모든 변수를 초기화 한 다음, 상기 차량이 주행을 하면, 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량 동작상태 변화에 따라 가변되는 스로틀 밸브 개도, 엔진 회전수, 냉각수온, O2 변화량 및 배기온도 등을 검출한다(S100).

이에, 엔진 제어 장치(200)는 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출된 스로틀 밸브 개도, 엔진 회전수, O2 변화량 및 배기온도 등을 입력받고자 소정의 제어신호를 차량 동작상태 검출장치(100)로 출력하면, 차량 동작상태 검출장치(100)는 인가되는 제어신호에 동기되어 검출된 스로틀 밸브 개도, 엔진 회전수, 냉각수온, O2 변화량 및 배기온도 등을 출력한다.

엔진 제어 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 인가되는 스로틀 밸브 개도, 엔진 회전수, 냉각수온, O2 변화량 및 배기온도 등을 입력받아, 주행중인 차량에서 엔진 공연비 피드 백 모드 조건을 만족하는가를판단한다(S110).

상기에서 엔진 공연비 피드 백 모드 조건은 O2 변화량이 소정의 제1 설정 값 이상이고, 냉각수온이 소정의 제2 설정 값 이상이며, 엔진 회전수가 소정의 제3 설정 기준 값 이상인 시동 모드가 완료된 조건이다.

상기에서 엔진 공연비 피드 백 모드 조건 만족함이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 배기 메니폴드 소정의 위치에 구비된 배기가스 온도 검출부(150)에서 도 3의 c에 도시되어 있는 바와 같이 검출된 실 배기가스 온도 및 배기가스 온도 상승 변화율을 산출한다(S120).

이어서, 엔진 제어 장치(200)는 상기에서 검출되어 산출된 실 배기가스 온도가 도 3의 b에 도시되어 있는 바와 같이 불필요한 연료량 공연비 제어를 저지하기 위한 설정 배기가스 온도 불감대 이하 온도에서는 촉매 보호 공연비 제어를 수행하지 않는 촉매 손상 불감대 온도인 소정의 제4 설정 값 이상인가를 판단한다(S130).

상기에서 실 배기가스 온도가 소정의 제4 설정 값 이상임이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 배기가스 온도 상승 변화율이 도 3의 c에 도시되어 있는 바와 같이 촉매 보호 공연비 제어 수행시 배기 온도 상승률에 딸 촉매 보호 공연비 제어 수행의 제어주기(빠르기)에 차이를 두기 위한 소정의 제5 설정 값 이상인가를 판단한다(S140).

상기에서 제어 주기는 실제 측정온도 변화율이 소정의 설정 값 이상일 경우, 원하는 값으로 주기를 조정할 수 있다.

상기에서 배기가스 온도 상승 변화율이 소정의 제5 설정 값 이상임이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 보정주기 소정의 제6 설정시간(예:1sec)으로 실 배기온과 도 3의 a에 도시되어 있는 바와 같이 촉매 손상 손실 배기온도 차이별 설정 적분 게인에 의한 연료량 증량제어를 수행하여 해당하는 연료량 제어신호를 출력한다(S150).

하지만, 상기에서 배기가스 온도 상승 변화율이 소정의 제5 설정 값 이하임이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 보정주기 소정의 제7 설정시간(예:0.3sec)로 실 배기온과 도 3의 a에 도시되어 있는 바와 같이 촉매 손상 손실 배기온도 차이별 설정 적분 게인에 의한 연료량 증량제어를 수행하여 해당하는 연료량 제어신호를 출력한다(S160).

상기(S150,S160)에서 보정주기에 따른 실 배기온과 촉매 손상 손실 배기온 차이별 설정 게인에 의한 연료량 증량 제어는 엔진 회전수(rpm)과 충진효울(EV %)이 높은 영역에서는 촉매 온도 상승에 의한 손상을 방지하기 위해 하기의 공연비 수학식 1의 공연비 보정계수(K_AF)가 하기의 수학식 2에 의한 연료량 제어에 곱하기 항으로 보정하여 공연비를 농후하게 하여 촉매온도 상승을 방지한다.

즉, 도 3의 a에 도시되어 있는바와 같이 촉매 온도상 안전영역(배기가스 규제모드 포함)에서는 공연비 피드 백 제어를 수행, 촉매 손상영역(촉매 온도 950℃ 이상)에서는 기 설정된 기본 연료량 메칭계수(K_MTCH)에 기 설정된 연료량 농후 계수(K_AF)가 보정되어 촉매 온도를 950℃이하로 낯춘다.

~+~ ( theta K~-~ theta AF) ~ ×~ K_AFK , K_ENR )

상기에서 K_AF는 촉매 보호 농후 보정 계수 제어 값이고,

K_KNI는 KNOCK 학습치,

K_AFP는 제1 공연비 맵 데이터,

K_AFR은 제2 공연비 맵 데이터,

K_AFK는 KNOCK 지연량에 의한 공연비 리치화 계수,

θK는 KNOCK 지연량,

θAF는 불감대,

K_ENR는 고지 농후 보정계수 이다.

T_CONTROL ~=~T_B ~×~ (K_LRN ~+~ K_FB ) ~×~ K_AF ~×~ K_MTCH ~×~ K_WUP

상기에서 T_B는 기본 연료량(흡입 공기량 센서가 측정하는 공기유량에 맞게 기 설정된 연료량)

K_LRN= A/F(Air/Fuel Ratio)학습치

K_FB= 1±K_P+K_I(연료량 F/B 보정계수)

K_AF= 공연비 보정계수

K_MTCH= A/F(공연비) 메칭 보정계수(TAFMTCH)

K_WUP= 난기보정

K_AFND= 저온시 N - R - D 변화시 A/F 보정

K_PRGLEAN= Purge Air 초기 유입시 A/F Lean화 보정

K_AS= 시동 직후 증량보정(After Start 연료량 증량 보정)

는 가, 감속 연료량 보정이다.

상기 수학식 2에서 기본 연료량 T_B(공연비를 고려하지 않은 공기 유량 센서가 측정하는 공기유량에 맞게 기 설정된 연료량) 및 연료량 메칭 계수(K_MRCH)를 제외한 모든 항의 제어를 받지 않도록 데이터 조정하고, 연료량 학습 관련 변수를 조정하여 가장 기본적인 연료량 제어 모드로 진입시킴에 따라서, 하기의 수식으로 표시할 수 있다.

Tcontrol = T_B×K_AF

상기에서 기본 연료량 메칭계수(K_MRCH)로 조정한 기본 연료량(이론 공연비)에 촉매 보호 영역을 감안하여 측정한 농후 메칭 보정 계수(K_AF) 맵 값이 강제적으로적용되어, 촉매 보호 공연비 보정 제어를 하지 않는 방법 즉, 촉매 온도에 따른 연료량 공연비의 자동 피드 백 제어를 수행하여 촉매온도(배기가스 온도)에 따른 연료량이 보상된다.

따라서, 연료량 제어 방정식에서 도 3의 d에 도시되어 있는 바와 같이 촉매 보호 공연비 보정계수( K_AF)를 하기의 수학식 3과 같이 정리할 수 있다.

상기에서 K_AF(t)는 수학식 2에서 의해 연산되는 최종 촉매 보호 공연비 보정계수 이고,

K_AF는 촉매 보호 공연비 보정계수 초기치로 rpm(0 ~ 7000), 충진효율 : 부하(0 ~ 100%) 전영역 1 이고,

: 적분 게인이고,

: |촉매 손상 가능온도(배기가스 기준 850℃) - 실 배기가스 온도| 이다.

상기에서 촉매 손상 시작 시점의 촉매 온도가 950℃ 라고 하면, 배기가스 온도는 850℃ 정도이다.

그리고, 상기(S110)에서 공연비 피드 백 모드 조건을 만족하지 않거나, 또는 고 부하 영역인 촉매 온도 상승 영역에서만 농후하게 되어야 하므로 상기 수학식 3에서 보상되지 않은 영역인 실 배기가스 온도가 제 4 설정 값 보다 낮게 제한함에따라, 엔진 제어 장치(200)는 O2 변화량 신호에 따른 연료량 피드 백 제어를 수행하기 위해 공연비 피드 백 제어 방정식에 의한 연료량 제어를 수행하여 해당하는 연료량 제어신호를 출력한다(S170).

상기(S150,S160)에서 연료량 증량 제어를 수행하거나 또는 상기(S170) 공연비 피드 백 제어 방정식에 의한 연료량 제어를 수행한 엔진 제어 장치(200)는 엔진 시동 오프 조건을 만족하는가를 판단한다(S180).

상기에서 엔진 시동 오프 조건은 엔진 회전수가 0rpm 인 조건으로 운전자 차량의 운행을 종료하는 조건이다.

상기에서 엔진 시동 오프 조건을 만족하면, 엔진 제어 장치(200)는 모든 프로그램 제어를 종료하고 메인 루틴으로 리턴하며, 상기에서 엔진 시동 오프 조건을 만족하지 않으면, 실 배기가스 온도 및 배기가스 온도 상승 변화율을 검출하여 산출하는 단계(S120)로 리턴하여 연료량 제어를 계속 수행한다.

이로써, 차량의 정확한 맵핑을 위한 노력과 시간이 필요치 않으며, 급가속, 고부하영역, 고속 영역의 연비 향상이 이루어진다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 차량의 순간적 급가속, 고부하 영역 및 고속 영역에서 촉매 보호 농후 보정계수의 피드 백 제어를 수행함에 따라, 촉매 온도가 정확하게 불감대를 넘기 시작하는 순간 적분 게인 값에 의한 보정 제어를 수행, 또한 제어 정도를 조절할 수 있으므로 급 가속, 고속 영역에서 촉매온도가 위험 수위에 달했을 때만 보정 제어, 그 이하에서는 보정 제어를 금지함으로써, 연비를 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 차량에 전원이 인가되면 사용하는 모든 변수를 초기화시키고, 주행중인 차량에서 공연비의 피드 백 모드인가를 판단하는 단계와;

   상기 단계에서 공연비의 피드 백 모드임이 판단되면, 배기가스 온도 및 온도 변화율을 산출한 후, 상기 산출되는 배기가스 온도 및 배기가스 온도 변화율에 따라 연료량 증량 제어를 수행하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 엔진의 연료량 증량 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 연료량 증량 제어는 배기가스 온도가 소정의 제4 설정 기준 값 이상이고, 배기 가스 온도 상승 변화율이 소정의 제5 설정 기준 값 이상이면 소정의 제6 보정 주기로 실 배기온과 촉매 손상 손실 배기온도 차이별 설정 게인에 의한 연료량 증량 제어를 수행하는 단계를 포함하는 엔진의 연료량 증량 제어 방법.
3. 제 1 항에서 있어서, 연료량 증량 제어는 배기가스 온도가 소정의 제4 설정 기준 값 이상이고, 배기 가스 온도 상승 변화율이 소정의 제5 설정 기준 값 이하이면 소정의 제7 보정 주기로 실 배기온과 촉매 손상 손실 배기온도 차이별 설정 게인에 의한 연료량 증량 제어를 수행하는 단계를 포함하는 엔진의 연료량 증량 제어 방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 보정 주기는 실제 측정온도 변화율이 소정의 설정 값 이상일 경우, 원하는 값으로 보정 주기를 조정할 수 있는 것을 포함하는 엔진의 연료량 증량 제어 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 공연비 피드 백 모드 조건을 만족하지 않거나, 또는 실 배기가스 온도가 설정 값 보다 낮으면 O2 변화량 신호에 따른 연료량 피드 백 제어를 수행하기 위해 공연비 피드 백 제어 방정식에 의한 연료량 제어를 수행하는 엔진의 연료량 증량 제어 방법.
6. 제 1 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 공연비 피드 백 모드 만족 조건은 O2 변화량이 소정의 제1 설정 값 이상이고, 냉각수온이 소정의 제2 설정 값 이상이며, 엔진 회전수가 소정의 제3 설정 기준 값 이상인 시동 모드가 완료된 조건인 것을 포함하는 엔진의 연료량 증량 제어 방법.