KR100428343B1 - 가솔린 차량의 연료량 제어방법 - Google Patents

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Abstract

가솔린 차량의 연료량 제어방법이 개시된다. 개시된 가솔린 차량의 연료량 제어방법은, (a) 차량의 엔진 회전수 및 충진 효율을 체크하는 단계와; (b) 기본 연료량(TB)을 체크하는 단계와; (c) 해당 엔진 회전수 및 충진효율의 새로운 공연비 보정계수(K MTCH_NEW)의 오드뱅크 공연비 매칭 보정계수(TAFMTCH_O)를 계산하는 단계와; (d) 해당 엔진 회전수 및 충진효율의 새로운 공연비 보정계수(K MTCH_NEW)의 이븐뱅크 공연비 매칭 보정계수(TAFMTCH_E)를 계산하는 단계와; (e) 공연비 피드백 제어 모드인지 판단하는 단계와; (f) 상기 단계(e)에서의 조건을 만족하는 경우, 산소센서 신호를 이용하여 공연비 피드백 제어방정식에 의한 연료량을 제어하는 단계와; (g) 상기 차량의 엔진이 오프되었는지 판단하고, 오프되었으면 본 플로를 종료하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 공연비 피드백 영역에서의 연료량(공연비) 학습치의 편차가 감소되고, 배기가스 모드(공연비 피드백)중 피드백 없는 모드로 천이중 배기가스의 증가가 방지되며, 정확한 이론 공연비 매칭(matching)이 이루어지는 이점이 있다.

Description

가솔린 차량의 연료량 제어방법{METHOD OF CONTROLLING AIR FLOW FOR GASOLINE VEHICLES}
본 발명은 가솔린 차량의 연료량 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공연비 피드백(F/B) 영역(zone)에서의 연료량(공연비) 학습치의 편차가 감소되고, 배기가스 모드중 피드백 모드외에서 천이중 배기가스(EM(HC, CO))의 증가를 방지되며, 공연비 매칭 보정계수의 교정이 용이하게 이루어지도록 하기 위한 가솔린 차량의 연료량 제어방법에 관한 것이다.
아래의 식 1은 피드백 모드외시, 차량의 연료량 제어 방정식이다.
[식 1]
여기서,=기본(basic) 연료량,=공연비(air and fuel ratio) 학습치,=1±(연료량 피드백 보정계수)(상기에서,=비례계수,=적분계수)
=공연비(A/F) 보정계수,=공연비 매칭 보정계수,=난기보정,=저수온시 N-R-D 변화시 공연비 보정계수,퍼지 에어(purge air) 초기 유입시 공연비 희박(lean)화 보정계수,=시동직 후, 증량 보정계수,= 가속 및 감속 연료량 보정계수이다.
상기와 같은 연료량 제어 방정식이 적용되는 연료량 제어 시스템을 나타내 보인 개략도가 도 1에 도시되어 있다.
상기한 식 1과 도 1의 시스템도에서, 공연비 매칭 보정계수(K MTCH)는 식 1의 추가 보정항을 제외한 가장 기본적인 연료량(전 운전영역에서 이론공연비)을 제어하도록 한 맵(MAP) 데이터이다.
즉, 공연비 제어를 하지 않고도 전 운전영역[엔진 회전수(RPM), 충진효율 (EV)(%)]에서 기본 연료량(TB)(공기량 센서 특성곡선에 맞게 설정된 러프(rough)한 연료량)에 적절히 보상 제어하여, 이론공연비 근처(lambda=1)로 맞추는 3차원 계수이다. 실차에서 산소센서 불량 및 다른 조건에 의해 공연비 피드백 제어가 불능하게 될 경우에도, 화인 매칭(fine matching)된 K MTCH로 이론공연비에 가까운 연료량 제어를 가능케 한다.
그리고 도 2에는 가솔린 차량의 연료량 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 엔진회전수(RPM) 및 충진효율(EV)(%)을 체크한다.(단계 10)
이어서, 기본연료량(TB)을 체크한다.(단계 20)
그리고 해당 엔진회전수/충진효율의 공연비 매칭 보정계수(K MTCH)를 계산한다.(단계 30)
또한 공연비 및 피드백 모드인지 그 여부를 판단한다.(단계 40)
상기 단계 40에서의 조건을 만족하는 경우, 산소센서 신호를 이용하여 공연비 피드백 제어 방정식(식 1에서 K AF(촉매보호 농후 보정계수)를 제외한 상태의 식)에 의한 연료량을 제어한다.(단계 50) 이때, 공연비 학습은 이루어진다.
이어서, 엔진이 오프(off)되었는지 판단하고, 엔진이 오프된 경우에는 본 플로(로직)를 종료한다.(단계 60)
한편, 상기 단계 40을 만족하지 못하는 경우, 기타 보정계수 항목과 함께, 상기한 식 1에 의한 연료량을 제어하고, 상기 단계 60을 수행한다.(단계 70) 이때, 공연비 학습은 이루어지지 않는다.
상기한 바와 같이 이루어지는 종래의 연료량 제어방법에 있어서, 상기 공연비 매칭 보정계수(K MTCH)는 식 1에서 기본연료량(TB)(공연비를 고려하지 않은 공기량 센서(AFS)가 측정하는 공기유량에 맞게 기존에 설정된 연료량) 및 연료량 매칭계수(K MTCH)를 제외한 모든 항의 제어를 받지 않도록 데이터 조정하고, 연료량 학습 관련 변수를 조정하여 가장 기본적인 연료량 제어 모드로 진입시킨다. 따라서 아래의 식 2로 나타낼 수 있다.
[식 2]
그리고 차량의 댐퍼 클러치(damper clutch) 직결 후, 이 차량을 샤시 다이너모미터(chassis dynamometer)에 장착한다. 그리고 샤시 다이너모미터의 정속 모드 (motoring)를 이용하여 엔진 회전수를 고정하고, 충진 효율(EV %)은 로봇(robot)으로 조정(0~100%)하여, 각 rpm 그리드(grid)(rpm 범위: 0~7000)에서 이론공연비 (lambda=1)가 되도록 기본 연료량 보정계수(K MTCH)를 적절히 조정한다. 각 엔진 회전수 그리드에서 로봇으로 액셀을 조작하여 전 영역 이론 공연비에 근접하는지 확인한다. 이는 공연비 피드백 제어를 하지 않고, 실제 정확한 이론 공연비 도달은 어렵다.
한편, 배기량이 큰 예컨대 V6 기통인 경우의 차량에서는 실제로 좌, 우 뱅크간의 공연비 차이가 크다. 흡기 시스템(intake system) 및 서지탱크(surge tank)의 형상 특성이 좌우 뱅크간의 공기량 유입 특성 차이를 초래하여, 이븐뱅크(even bank)는 농후하고, 오드뱅크(odd bank)는 희박함을 나타낸다. 도 3은 좌우 뱅크간의 공연비 차이를 나타내는 실제 측정 그래프이다.
따라서 K MTCH 매칭시 한쪽 뱅크에 준해서 데이터 교정을 하지 않고, 이븐/오드뱅크의 산소센서 신호를 실시간으로 체크하여, 이븐뱅크 산소센서는 농후한 상태에서 스위칭하고, 오드뱅크 산소센서에서는 희박한 상태에서 스위칭 되도록 한다.
그리고 매칭 완료된 K MTCH를 적용하고, 피드백 모드로 전환시켜 운전할 경우, 양 뱅크간 공연비 피드백 학습치 편차가 크게 나타난다. 공연비 피드백 학습치는 연료 시스템 모니터링에 사용되는데, 연료 시스템 고장판정 기준값 (Threshold)을 정하는데 어려움이 있다.
도 4는 실차에서 측정한 각 영역별 공연비 피드백 학습치를 측정한 그래프이다.
도 4에서, A 영역(A Zone) 및 B 영역(B Zone)이 실제 연비 및 배기가스 시험 모드에 사용되는 영역이며 학습치는 매우 중요하며, C 영역(C Zone)은 고부하 영역이며, 실제 학습값이 큰 의미가 없는 영역이다.
그리고 전술한 바와 같이, K MTCH를 적절히 조정하여 실차에 적용할 경우, 양쪽 뱅크간의 공연비 피드백 학습치의 차이가 크며, 이는 좌우 뱅크간의 공연비차이가 큼을 반영한다. 또한 공연비 피드백 모드에서는 좌우 뱅크 공연비를 학습하여, 양쪽 뱅크 모두 공연비 근처로 맞춰졌지만, 공연비 피드백 제어에서 빠져 나올 경우, 즉 갑자기 천이 될 경우, 이븐 및 오드뱅크간의 공연비 차이를 학습하지 않아 한쪽 뱅크가 농후 또는 희박한 상태가 되어 농후한 경우 HC 및 CO가 증가하고, 희박한 경우 NOx의 증가 현상을 초래할 수 있다.
그리고 공연비 매칭 보정계수(K MTCH)는 좌우 뱅크 공통으로 적용되는 변수이므로, 피드백 모드외에서 연료량 맵핑시 한쪽 뱅크에 기준을 둘 수 없으므로, 두 뱅크간의 산소센서 신호를 실시간으로 확인하여 한쪽 뱅크는 약간 농후한 상태이고, 다른 한쪽 뱅크는 약간 희박한 상태로 매칭할 수밖에 없다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 공연비 피드백 영역에서의 연료량(공연비) 학습치의 편차가 감소되고, 배기가스 모드(공연비 피드백)중 피드백 없는 모드로 천이중 배기가스(EM; emission)(HC, CO)의 증가가 방지되며, 정확한 이론 공연비 매칭(matching)이 이루어지도록 한 가솔린 차량의 연료량 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 가솔린 차량의 연료량 제어방법이 적용되는 개략적인 시스템 도면.
도 2는 종래의 기술에 따른 가솔린 차량의 연료량 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트.
도 3은 좌우 뱅크간의 공연비 차이를 나타내는 실제 측정 그래프.
도 4는 실차에서 측정한 각 영역별 공연비 피드백 학습치를 측정한 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 가솔린 차량의 연료량 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트.
도 6은 본 발명에 따른 가솔린 차량의 연료량 제어방법이 적용되는 개략적인 시스템 도면.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가솔린 차량의 연료량 제어방법은, (a) 차량의 엔진 회전수 및 충진 효율을 체크하는 단계와; (b) 기본 연료량(TB)을 체크하는 단계와; (c) 해당 엔진 회전수 및 충진효율의 새로운 공연비 보정계수(K MTCH_NEW)의 오드뱅크 공연비 매칭 보정계수(TAFMTCH_O)를 계산하는단계와; (d) 해당 엔진 회전수 및 충진효율의 새로운 공연비 보정계수(K MTCH_NEW)의 이븐뱅크 공연비 매칭 보정계수(TAFMTCH_E)를 계산하는 단계와; (e) 공연비 피드백 제어 모드인지 판단하는 단계와; (f) 상기 단계(e)에서의 조건을 만족하는 경우, 산소센서 신호를 이용하여 공연비 피드백 제어방정식에 의한 연료량을 제어하는 단계와; (g) 상기 차량의 엔진이 오프되었는지 판단하고, 오프되었으면 본 플로를 종료하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 5에는 본 발명에 따른 가솔린 차량의 연료량 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트가 도시되어 있고, 이 방법이 적용되는 시스템도가 도 6에 도시되어 있다.
도면을 각각 참조하면, 본 발명에 따른 가솔린 차량의 연료량 제어방법은, 우선, 차량의 엔진 회전수(RPM) 및 충진 효율(EV; %)을 체크한다.(단계 110)
이어서, 기본 연료량(TB)을 체크한다.(단계 120)
그리고 후술하는 해당 엔진 회전수 및 충진효율의 새로운 공연비 보정계수(K MTCH_NEW)의 오드뱅크 공연비 매칭 보정계수(TAFMTCH_O)를 계산한다.(단계 130)
마찬가지로, 해당 엔진 회전수 및 충진효율의 새로운 공연비 보정계수(K MTCH_NEW)의 이븐뱅크 공연비 매칭 보정계수(TAFMTCH_E)를 계산한다.(단계 140)
이어서, 공연비 피드백 제어 모드인지 판단한다.(단계 150)
상기 단계 150에서의 조건을 만족하는 경우, 산소센서 신호를 이용하여 공연비 피드백 제어방정식에 의한 연료량을 제어한다.(단계 160) 이때, 이븐 및 오드뱅크 각각의 새로운 공연비 보정계수(K MTCH_NEW)가 적용되어 공연비 학습이 이루어진다.
상기 차량의 엔진이 오프(off)되었는지 판단하고, 오프되었으면 본 플로(로직)를 종료한다.(단계 170)
한편, 상기 단계 150에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 후술하는 기타 보정계수와 함께 연료량 제어 방정식에 새로운 공연비 보정계수(K MTCH_NEW)를 적용하여 이븐 및 오드뱅크를 독립적으로 연료량을 제어한다.(단계 180) 이때, 공연비 학습은 되지 않는다.
상기 단계 160에서 공연비 피드백 제어 방정식은 아래의 식 3에서 K AF(촉매 보호 농후 보정계수)를 제외한 것으로 이루어진다.
[식 3]
여기서,=기본(basic) 연료량(AFS가 측정하는 공기유량에 맞게 기존에 설정된 연료량),
=공연비(air and fuel ratio) 학습치,=1±(연료량 피드백 보정계수)(상기에서,=비례계수,=적분계수),
=공연비(A/F) 보정계수,=이븐 및 오드뱅크 공연비 매칭 보정계수(TAFMTCH_E/O),=난기보정,=저수온시 N-R-D 변화시 공연비 보정계수,퍼지 에어(purge air) 초기 유입시 공연비 희박(lean)화 보정계수,=시동직 후, 증량 보정계수,= 가속 및 감속 연료량 보정계수이다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 가솔린 차량의 연료량 제어방법은, 종래 기에서는 기본연료량 맵핑에서 가장 결정적인 역할을 하는 뱅크 공연비 매칭 보정계수(TAFMTCH)가 이븐 및 오드뱅크간의 공연비 차이를 극복할 수 없었던 문제점을 극복하기 위하여 공연비 매칭 보정계수를 이븐 및 오드뱅크로 나누어 제어하여 두 뱅크에서 이론공연비 근처에 도달할 수 있도록 한 것이다.
이를 아래의 식 4로 나타낼 수 있다.
[식 4]
상기한 KMTCH_NEW는 상기한 식 3에서의 추가 보정항을 제외한 가장 기본적인 연료량(전 운전영역에서 이론공연비) 제어하도록 한 맵 데이터이다. 즉, 공연비 제어를 하지 않고도 전 운전영역(RPM, EV)에서 기본연료량(TB)(공기량 센서 특성곡선에 맞게 설정된 러프(rough)한 연료량)에 적절히 보상 제어하여, 이론공연비 근처(lambda=1)로 맞추는 3차원 계수이다. 따라서 실차에서 산소센서 불량 및 다른조건에 의해 공연비 피드백 제어가 불능이 될 경우에도, 화인 매칭(fine matching)된 KMTCH_NEW로 이론공연비에 가까운 연료량 제어를 가능케 한다.
그리고 상기한 KMTCH_NEW의 매칭 방법에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
기본 연료량 매칭 계수(KMTCH_NEW)는 상기한 식 3에서 기본 연료량(TB) (공연비를 고려하지 않은 AFS가 측정하는 공기유량에 맞게 기존에 설정된 연료량) 및 연료량 매칭 계수(KMTCH_NEW)를 제외한 모든 항의 제어를 받지 않도록 데이터 조정하고, 연료량 학습 관련 변수를 조정하여 가장 기본 적인 연료량 제어 모드로 진입시킴 따라서 아래의 식 5로 표시할 수 있다.
[식 5]
그리고 실차의 댐퍼 클러치(damper clutch) 직결 후 차량을 샤시 다이너모미터(dynamometer)에 장착하고, 이 다이너모미터 정속 모드(motoring)를 이용하여 엔진 회전수(RPM)를 고정하며, 충진효율(EV %)은 로봇으로 조정(0~100%)하여, 각 RPM 그리드(grid)(rpm 범위: 0 ~7000)에서 이븐뱅크 및 오드뱅크 각각의 공연비가 이론공연비(lambda=1)가 되도록 기본 연료량 보정계수(KMTCH_NEW)를 적절히 조정한다. 각 엔진 회전수 그리드에서 로봇으로 액셀을 조작하여 전 영역 이론 공연비에 근접하는지 확인한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 가솔린 차량의 연료량 제어방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
우선, 배기량이 큰 예컨대, V6 기통인 경우의 차량에서는 실제로 좌우 뱅크간의 공연비 차이가 크고, 흡기 시스템 및 서지탱크의 형상 특성이 좌우 뱅크간의 공기량 유입 특성 차이를 초래하여, 이븐뱅크는 농후하고, 오드뱅크는 희박함을 나타낸다. 그런데, 종래 기술의 공연비 매칭 보정계수만으로는 상기한 문제점을 극복하기 어려웠다.
이에 반해 본 발명에서는 이븐뱅크 및 오드뱅크의 공연비 매칭 보정계수를 분리함으로써 상기한 문제점을 극복하고, 실제 운전영역에서 KMTCH_NEW를 적용하여, 이때 공연비 피드백 학습치는 이븐 및 오드뱅크 동일한 값으로 그 오차를 줄일 수 있다. 부수적으로 이븐 및 오드뱅크의 공연비 편차가 없다는 사실로부터 학습치를 이용하여 연료 시스템에 문제가 발생되면, 이 문제의 원인을 파악하는데 용이하다.
그리고 종래 기술의 공연비 매칭 보정계수(KMTCH)를 적절히 조정하여, 실차에 적용할 경우, 양쪽 뱅크간의 공연비 피드백 학습치의 차이가 크며, 이는 좌우 뱅크간의 공연비 차이가 큼을 반영한다.
이에 반해 본 발명의 좌우 뱅크간 독립적인 KMTCH_NEW를 적용하면, 공연비 피드백 모드외에서 좌우 뱅크 공연비가 동일하므로, 공연비 피드백 제어에서 빠져 나올 경우에도 즉, 갑자기 천이 될 경우에도, 이븐 및 오드뱅크간의 공연비 차이가 거의 없으므로, 한쪽뱅크의 농후한 상태로 인한 HC 및 CO의 증가, 희박함으로 인한NOx의 증가 현상을 억제할 수 있다.
또한 종래 기술에서는 한쪽 뱅크는 약간 농후하게, 또 다른 뱅크는 약간 희박하게 매칭할 수밖에 없는 한계성이 있었다.
이에 반해 본 발명에서는 공연비 매칭 보정계수(KMTCH_NEW)를 좌우 뱅크 독립적으로 적용하므로, 피드백 모드외에서 연료량 맵핑시 좌우 뱅크간의 공연비 차이에 대응하여 독립적으로 데이터 조정 가능하므로, 좌우 뱅크간의 산소센서 신호를 이용, 정확한 이론 공연비 매칭이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

  1. (a) 차량의 엔진 회전수 및 충진 효율을 체크하는 단계와;
    (b) 기본 연료량(TB)을 체크하는 단계와;
    (c) 해당 엔진 회전수 및 충진효율의 새로운 공연비 보정계수(K MTCH_NEW)의 오드뱅크 공연비 매칭 보정계수(TAFMTCH_O)를 계산하는 단계와;
    (d) 해당 엔진 회전수 및 충진효율의 새로운 공연비 보정계수(K MTCH_NEW)의 이븐뱅크 공연비 매칭 보정계수(TAFMTCH_E)를 계산하는 단계와;
    (e) 공연비 피드백 제어 모드인지 판단하는 단계와
    (f) 상기 단계(e)에서의 조건을 만족하는 경우, 산소센서 신호를 이용하여 공연비 피드백 제어방정식에 의한 연료량을 제어하는 단계와;
    (g) 상기 차량의 엔진이 오프되었는지 판단하고, 오프되었으면 본 플로를 종료하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가솔린 차량의 연료량 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (e)에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 기타 보정계수와 함께 상기 연료량 제어 방정식에 상기 새로운 공연비 보정계수(K MTCH_NEW)를 적용하여 이븐 및 오드뱅크를 독립적으로 연료량을 제어하는 단계를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 가솔린 차량의 연료량 제어방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (f)에서 공연비 피드백 제어 방정식은 아래의 식에서 촉매 보호 농후 보정계수(K AF)를 제외한 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가솔린 차량의 연료량 제어방법.
    [식]
    여기서,=기본(basic) 연료량(AFS가 측정하는 공기유량에 맞게 기존에 설정된 연료량),
    =공연비(air and fuel ratio) 학습치,
    =1±(연료량 피드백 보정계수)(상기에서,=비례계수,=적분계수),
    =공연비(A/F) 보정계수,
    =이븐 및 오드뱅크 공연비 매칭 보정계수(TAFMTCH_E/O),
    =난기보정,
    =저수온시 N-R-D 변화시 공연비 보정계수,
    퍼지 에어(purge air) 초기 유입시 공연비 희박(lean)화 보정계수,
    =시동직 후, 증량 보정계수,
    = 가속 및 감속 연료량 보정계수이다.
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