KR100435648B1

KR100435648B1 - 가솔린 직접분사 엔진의 흡기 유동 제어 밸브 제어 시스템

Info

Publication number: KR100435648B1
Application number: KR10-2000-0087020A
Authority: KR
Inventors: 김원태
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2000-12-30
Filing date: 2000-12-30
Publication date: 2004-06-12
Also published as: KR20020058888A

Abstract

본 발명은 가솔린 직접분사 엔진의 흡기 유동 제어 밸브 제어 시스템에 관한 것이다. 이러한 제어 시스템은 엔진 회전 속도와 필요로 하는 엔진 부하의 상대값을 입력 받아 이론 공연비 모드, 희박 운전모드, 초희박 운전모드 중 하나의 운전모드를 판별하는 운전모드 판별부; 및 상기 운전모드 판별부로부터 출력된 운전모드에 따라 흡기 유동 제어 밸브를 제어하는 신호를 출력하는 전자 제어부를 포함한다. 본 발명에 따르면, GDI 엔진에서 SCV 사용이 가능해지며, SCV의 개도 수준을 복수개의 단계로 나누어 제어함으로써 제어 정밀도가 향상된다.

Description

가솔린 직접분사 엔진의 흡기 유동 제어 밸브 제어 시스템{A SYSTEM FOR CONTROLLING A SWIRL CONTROL VALVE IN A GASOLINE DIRECT INJECTION ENGINE}

본 발명은 가솔린 직접분사(gasoline direct injection; 이하 'GDI'라 함) 엔진에 관한 것으로서, 특히 GDI 엔진의 흡기 유동 제어 밸브(swirl control valve: 이하 'SCV'라고 함) 제어 시스템에 관한 것이다.

현재 개발되어 양산되고 있는 전자 제어 시스템(electronic management system; 이하 'EMS'라 함)은 보통 MPI(multi point injection)용으로 연료 분사계 구동 제어가 상대적으로 간단하고, 여러 제어 사양의 제어 수준도 단순하다.

최근에는 연료실내에 연료를 직접 분사하는 GDI 엔진이 여러 자동차 메이커로부터 주목받아 개발되고 있다. GDI 엔진은 부분 부하시에는 압축 행정 말기에 연료를 분사하여 점화 플러그 주위의 공연비를 농후하게 하는 성층연소로 초희박 공연비(25∼40:1)에서도 쉽게 점화가 가능하도록 되어 있으며, 고부하시에는 흡입 행정 초기에 연료를 분사하여 이론 공연비(14.7:1) 연료에 의한 흡입공기 냉각으로 충진 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 GDI 엔진은 실린더 안으로 연료를 직접 분사하므로 흡기포트 벽에 연료가 흡착되는 월 웨팅(wall wetting)현상도 줄일 수 있다.

GDI 엔진은 MPI 엔진에 비해 연료 분사계가 복잡(예를들어, 고압연료 펌프제어, 인젝터 드라이버 제어가 추가되고 연료 분사 압력 피드백 제어가 필요함)하고 추가되는 제어 사양이 복잡하다. 또한, MPI 엔진은 워밍업 후 한가지 모드(이론 공연비 영역)만 가지나, GDI 엔진은 이론 공연비, 희박 운전영역, 초희박 운전영역의 3가지 영역이 존재한다. 이상적으로 GDI엔진은 초희박 운전 영역만이 존재하겠지만, 실제 차속이 일정 이하이고 수온이 일정 이하일 때는 운전의 안정성을 위해 이론 공연비 운전을 유지해야 하고, 이론 공연비 영역과 초희박 운전영역의 중간에 희박 운전 영역을 만들어 양 영역을 자주 왕복하는 것에 대한 충격을 최소해야 한다. 한편, MPI EMS는 SCV를 선택적으로 사용하나, GDI EMS는 흡기 유동의 정도를 제어하기 위해 SCV를 반드시 사용하여야 한다. 즉, MPI 엔진에서의 SCV는 필요에 따라 린번 엔진에서 선택적으로 사용되며, 그의 작동 수준은 오픈/클로즈 2단계에 불과하다. 그러나, GDI 엔진에서의 SCV는 초희박 운전시 적정한 흡기 유동을 만들기 위해 반드시 사용되어야 하고, 또한 SCV의 제어도 오픈과 클로즈를 복수개의 단계로 나누어 세밀하게 제어되어야 한다. 그 이유로는 초희박 운전에서는 엔진의 부하와 속도에 따라 달리하는 값을 지녀야 하기 때문에 적정한 유동을 만들어 주어야 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, GDI 엔진에서 SCV 사용이 가능하도록 하는 동시에 이 SCV를 복수개의 단계로 제어하는 GDI 엔진의 SCV 제어 시스템을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진의 SCV 제어 시스템의 블록도이다.

도 2는 도 1의 제어 시스템에서 전자 제어부의 블록도이다.

도 3은 도 1의 제어 시스템에서 MRS의 출력 신호의 파형도이다.

도 4는 도 1의 제어 시스템에서 MRF1, MRF2의 레벨에 따라 카운트되는 값을 도시한 도면이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명은 엔진 회전 속도와 필요로 하는 엔진 부하의 상대값을 입력 받아 이론 공연비 모드, 희박 운전모드, 초희박 운전모드 중 하나의 운전모드를 판별하는 운전모드 판별부; 및 상기 운전모드 판별부로부터 출력된 운전모드에 따라 흡기 유동 제어 밸브를 제어하는 신호를 출력하는 전자 제어부를 포함한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진의 SCV 제어 시스템은 엔지 회전 속도(RPM)와 필요로 하는 엔진 부하의 상대값(APSREL)으로부터 이론 공연비 모드, 희박 운전모드, 초희박 운전모드를 판별하는 운전모드 판별부(10)와 운전모드 판별부(10)로부터 출력된 운전모드에 따라 SCV(30)의 제어값을 출력하는 전자 제어부(20)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진은 운전 조건에 따라 연비 효과, 배기 수준을 고려하여 이론 공연비 운전모드, 희박 운전모드, 초희박 운전모드로 운전한다.

여기서, 이론 공연비 운전모드(early homogeneous mode; 이하 'EHM'이라 함)는 흡기시에 분사 균질한 혼합기를 유도하는 모드이고, 희박 운전모드(early stratified mode; 이하 'ESM' 이라 함)는 흡기시에 분사하나 다소의 성층화를 유도하는 모드이며, 초희박 운전모드(late stratified mode; 이하 'LSM'이라 함)는 압축시에 분사하여 고도의 성층화를 유도하는 모드를 말한다.

운전모드 판별부(10)가 엔진 회전 속도와 필요로 하는 엔진 부하의 상대값을 기초로 하여 상기와 같은 운전모드를 결정한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진의 SCV 제어 시스템에서 전자 제어부(20)의 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진의 SCV 제어 시스템에서 전자 제어부(20)는 MRS(motor revolution sensor) 위치 카운트부(210), 아이들 상태의 SCV 개도량 교정 테이블(242), 주행 상태의 SCV 개도량 맵(243, 244, 245), 운전모드 결정 스위치(250), 아이들 상태 판별 스위치(260), 시동 상태 판별 스위치(270), 신호 변환부(280), 및 SCV 구동 제어부(290)를 포함한다.

SCV(30) 개폐에 사용되는 모터는 본 발명의 특징을 달성하기 위해 스텝 모터가 사용된다. 이 때, 스텝 모터의 개폐 단계는 복수개의 단계로 분할될 수 있으며, 본 실시예에서는 총 13개의 단계로 분할되는 것으로 한다.

MRS 위치 카운트부(210)는 SCV(30)로부터의 MRS 신호인 MRS1, MRS2가 반전된 신호인 MRF1, MRF2를 받아서 MRS의 위치가 13개이 개폐 단계 중 어디에 위치하는지를 카운트한다.

SCV(30)로부터 출력되는 신호의 파형은 첨부한 도 3과 같고, MRS 위치 카운트부(210)는 해당 MRS1 및 MRS2가 반전된 MRF1, MRF2를 입력받으며, 각 신호 레벨에 따라 MRS의 위치를 카운트한다. 이 때, MRF1, MRF2의 레벨에 따라 카운트되는 값이 첨부된 도 4에 도시된 바와 같다. 도 4를 참조하면, MRS 위치 카운트부(210)는 MRF2 신호가 하이 레벨일 때, MRF1 신호가 하이 레벨에서 로우 레벨로 변하는 경우에는 MRS 위치에 1을 더하고, MRF1 신호가 로우 레벨에서 하이 레벨로 변하는 경우에는 MRS 위치에 -1을 더한다. 즉, +1이라는 것은 모터가 SCV(30)가 열리는 방향으로 1칸 회전한다는 의미이고, -1이라는 것은 모터가 SCV(30)가 닫히는 방향으로 1칸 회전한다는 의미이다. 이와 같이, MRS 위치 카운트부(210)는 현재 MRS가 위치하고 있는 위치를 나타내는 신호 MRSCNT를 출력한다.

한편, 아이들 상태의 SCV 개도량 교정 테이블(242)은 냉각수온센서(도시하지 않음)로부터의 출력신호(WTS)를 입력받아 이 값에 대응하는 아이들 상태의 교정된 SCV 개도량(SCVIDL)을 출력한다.

주행 상태의 SCV 개도량 계산 맵(243, 244, 245)은 입력되는 엔진 회전 속도(RPM030)와 필요로 하는 엔진 부하의 상대값(APSREL)에 대응되는 주행상태의 SCV 개도량을 기록한 맵으로서, 이 맵에 기록된 값은 엔진의 종류 및 조건 등에 따라 결정되며 실험에 의해 최적의 값이 구해진다.

주행 상태의 SCV 개도량 계산 맵(243, 244, 245)은 각각 이론 공연비용 SCV 개도량, 희박 연소용 SCV 개도량, 초희박 연소용 SCV 개도량을 나타내며, 이들 맵 값은 메모리에 저장된다.

운전모드 결정 스위치(250)는 운전모드 판별부(10)에 의해 결정되는 운전모드를 입력받아 각 주행상태의 SCV 개도량 계산 맵(243, 244, 245)으로부터 계산되는 해당 운전모드에 대응하는 SCV 개도량을 스위칭하는 역할을 한다.

아이들 상태 판별 스위치(260)는 차량이 현재 주행중인지 공회전 중(아이들 상태)인 지를 판단하는 제어부(도시하지 않음)로부터 제어신호를 입력받으며, 차량의 상태가 아이들 상태인 경우에는 아이들 상태의 SCV 개도량 테이블(242)의 출력 값(SCVIDL)을 선택하고 주행상태인 경우에는 운전모드 결정 스위치(250)가 선택한 출력신호를 선택한다.

시동 상태 판별 스위치(270)는 엔진의 상태가 시동 상태인지 통상 상태인 지를 판단하는 제어부(도시하지 않음)로부터 제어신호를 입력받아 시동시 SCV 개도량(SCVCRK)과 아이들 상태 판별 스위치(260)의 출력신호를 선택하여 목표 SCV 개도량(SCVTGT)을 출력한다.

신호 변환부(280)는 시동 상태 판별 스위치(270)에 의해 선택되어 출력되는 목표 SCV 개도량(SCVTGT)에 대응되는 목표 MRS 위치값(MRSTGT)을 출력한다.

SCV 구동 제어부(290)는 MRS 위치 카운트부(210)로부터 MRS의 현재 위치값(MRSCNT)을 받고, 신호 변환부(280)로부터 목표 MRS 위치값(MRSTGT)을 받아서 MRS의 위치를 구동 제어하여 SCV(30)의 개도량이 목표 개도량(SCVTGT)이 되도록한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진의 SCV 제어 시스템의 동작에 대해 설명한다.

먼저, 시동시 시동 상태 판별 스위치(270)는 제어부로부터의 제어신호에 따라 시동시 SCV 개도량(SCVCRK)을 목표 SCV 개도량(SCVTGT)으로 출력한다.

다음, 통상시 시동 상태 판별 스위치(270)는 제어부로부터의 제어신호에 따라 통상시 SCV 개도량을 스위칭하여 목표 SCV 개도량(SCVTGT)으로 출력한다.

시동 후 아이들 상태인 경우, 아이들 상태 판별 스위치(260)가 아이들 상태의 SCV 개도량 테이블(242)의 출력값(SCVIDL)을 선택하도록 스위칭되며, 이 값이 결국 목표 SCV 개도량(SCVTGT)으로 출력된다.

만약 시동 후 차량이 주행 중인 경우에는 아이들 상태 판별 스위치(260)가 주행 중 SCV 개도량을 선택하도록 스위칭 되며, 이때 운전모드 결정 스위치(250)가 운전모드 판별부(10)에 의해 결정된 운전모드에 따라 기본 SCV 개도량 계산 맵(122, 124, 126)으로부터 계산되는 해당 운전모드에 대응하는 기본 SCV 개도량이 출력되도록 스위칭되며, 결국 이 값이 목표 SCV 개도량(SCVTGT)으로 출력된다.

이와 같이, 차량의 상태에 따른 목표 SCV 개도량(SCVTGT)이 산출되면, 신호 변환부(280)는 해당 목표 SCV 개도량(SCVTGT)에 대응되는 목표 MRS 위치값(MRSTGT)을 출력한다.

이 때, MRS 위치 카운트부(210)에는 MRS의 현재 위치가 카운트되어 있으므로, SCV 구동 제어부(290)는 MRS 위치 카운트부(210)로부터 MRS의 현재위치값(MRSCNT)을 받고, 신호 변환부(280)로부터 목표 MRS 위치값(MRSTGT)을 받아서 MRS의 위치를 구동 제어하여 SCV(30)의 개도량이 목표 개도량(SCVTGT)이 되도록 제어한다.

비록, 본 발명이 가장 실제적이며 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 상기 개시된 실시예에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위 내에 속하는 다양한 변형 및 등가물들도 포함한다.

본 발명에 따르면, GDI 엔진에서 SCV 사용이 가능해지며, SCV의 개도 수준을 복수개의 단계로 나누어 제어함으로써 제어 정밀도가 향상된다.

Claims

삭제
엔진 회전 속도와 필요로 하는 엔진 부하의 상대값을 입력 받아 이론 공연비 모드, 희박 운전모드, 초희박 운전모드 중 하나의 운전모드를 판별하는 운전모드 판별부; 및

상기 운전모드 판별부로부터 출력된 운전모드에 따라 흡기 유동 제어 밸브를 제어하는 신호를 출력하며, 상기 흡기 유동 제어 밸브로부터 MRS(motor revolution sensor) 신호를 받아서 MRS의 위치를 카운트하는 MRS 위치 카운트부;와, 엔진의 시동 여부, 아이들 상태 여부, 주행 상태 등에 따라 정해지는 목표 흡기 유동 제어 밸브의 개도량과 상기 MRS 위치 카운트부로부터 출력되는 MRS의 위치값을 받아서 흡기 유동 제어 밸브의 개도를 제어하는 흡기 유동 제어 밸브 구동 제어부를 구비하는 전자 제어부;

를 포함하는 가솔린 직접분사 엔진의 흡기 유동 제어 밸브 제어 시스템.
제2항에 있어서,

상기 전자 제어부가

냉각수온센서로부터의 출력신호를 입력받아 이 값에 대응하는 교정된 아이들시 흡기 유동 제어 밸브의 개도량을 출력하는 아이들시 흡기 유동 제어 밸브 개도량 교정 테이블;

각각 입력되는 엔진 회전 속도와 필요로 하는 엔진 부하의 상대값에 대응되는 주행 상태의 이론 공연비용 흡기 유동 제어 밸브 개도량, 희박연소용 흡기 유동 제어 밸브 개도량, 초희박 연소용 흡기 유동 제어 밸브 개도량을 기록한 주행상태의 흡기 유동 제어 밸브 개도량 계산 맵;

상기 운전모드 판별부로부터 판별된 운전모드에 따라 상기 이론 공연비용 흡기 유동 제어 밸브 개도량 계산 맵, 희박연소용 흡기 유동 제어 밸브 개도량 계산 맵, 초희박 연소용 흡기 유동 제어 밸브 개도량 계산 맵 중의 하나의 출력 값을 선택하는 운전모드 결정 스위치;

엔진의 상태가 아이들 상태인 경우에는 아이들시 흡기 유동 제어 밸브 개도량 교정 테이블의 출력 값을 선택하고, 주행상태인 경우에는 상기 운전모드 결정 스위치가 선택한 출력신호를 선택하는 아이들 상태 판별 스위치; 및

엔진의 상태가 시동 상태인 경우에는 시동시 개도량을 상기 목표 흡기 유동 제어 밸브의 개도량으로 출력하고, 아이들 상태인 경우에는 상기 아이들 상태 판별 스위치의 출력신호를 상기 목표 흡기 유동 제어 밸브의 개도량으로 출력하는 시동 상태 판별 스위치

를 포함하는 가솔린 직접분사 엔진의 흡기 유동 제어 밸브 제어 시스템.