KR100440305B1 - 엔진의 냉시동 시 연료량 제어 방법 - Google Patents

엔진의 냉시동 시 연료량 제어 방법 Download PDF

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Abstract

냉시동시 연료량 보정을 위하여 1차 테일링 구배를 시동시 냉각수온별 맵화하여 정교하게 시동 직후 연료량 보정을 수행할 목적으로;
차량에 전원이 인가되면, 사용하는 모든 변수를 초기화하고, 시동 모드가 판단되면, 냉각수온을 입력 받은 후, 기 설정된 시동 직후 증량 초기치에 의해 연료량 증량을 연산 제어한 후, 1차 테일링 감량 제어를 수행하는 단계와; 상기 단계에서 1차 테일링 감량 제어 중 시동 직후 증량 초기치가 시동 직후 증량 구배 변경 판정 계수와 동일한가를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 1차 테일링 감량 제어 중 시동 직후 증량 초기치가 시동 직후 증량 구배 변경 판정 계수와 동일함이 판단되면, 2차 테일링 제어를 수행한 다음, 엔진 시동 정지시 까지 차량 주행상태 변화에 따른 연료량 제어를 수행하는 단계로 이루어져 있어서, 시동성을 향상시킬 수 있고, 시동시 대부분 차지하는 배기가스(HC,CO)를 줄일 수 있으며, 또한 연비 향상 효과가 있다.

Description

엔진의 냉시동 시 연료량 제어 방법{fuel quantity control method for cold starting of engine}
본 발명은 엔진의 연료량 제어 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 냉시동 시 연료량을 제어 할 수 있는 엔진의 냉시동시 연료량 제어 방법에 관한 것이다.
엔진의 최초 시동시 종래에는 엔진 제어장치에서 감지한 냉각수온에 따라 메모리에 기 설정된 2차원 시동 기본 연료량 맵을 선형 보간하여 연료량을 제어했다. 동시에 상기 시동 직후 증량 보정 제어가 추가되었다.
또한 냉각수온별 기 설정된 시동직후 증량 초기치를 보상하며, 시동시 냉각수온별 설정된 시동 직후 증량 구배 변경 판정계수(TDAFTC2) 이전 까지는 1차 감량 구배에 의한 테일링 제어를 수행한다.
이 후까지는 2차 감량 구배에 의한 테일링 제어를 수행한다.
이는 냉각수온, 흡입 공기량, 크랭크 각 센서의 주기, 엔진 회전수, O2(산소 센서)의 출력 전압, 충징 효율, 스로틀 밸브 개도량 및 자동 변속기의 변속 패턴 등을 입력요소로 하여 기 설정된 프로그램에 의해 제어함으로써 최종 연료량을 제어하였다.
따라서, 엔진 제어 장치에 입력되는 기본 정보를 이용하여, 각 조건에 따른 보상 텀(Term)을 연산하고 최종 연료량을 제어하여 수행한다.
상기에서 시동 기본 공기량은 단순히 시동시 냉각수온별 인젝터 구동시간(msec)으로 된 시동 연료량에 보상되는 것으로, 저온 시동성에 중요한 영향을 미치는 인자이다.
도 4는 시동 직후 증량 보정(KAS) 구성을 나타내는 도면으로서, 시동 직후 증량 보정 초기치 및 1/2차 테일링 구분은 시동 직후 증량 초기치(TAFTC2 = f(냉각수온))과 시동 직후 증량 구배 변경 판정 계수(TDAFTC2 = f(냉각수온))으로 구분할 수 있다.
따라서, 종래의 1차 테일링(Tailing)은 시동 직후 증량 보정 후 1차 감량 구배(Tailing) 절환 판정 수온이 시동시 수온보다 작거나, 또는 클 때 수행하며, 시동 직후 증량 보정 후 2차 감량 구배에 따른 2차 테일링은 최초 시동시 엔진 제어 장치에서 감지한 냉각수온에 따라 기 설정된 2차원 시동 기본 연료량 맵을 선형 보간하여 연료량을 제어하고, 이와 동시에 상기 시동 직후 증량 보정 제어가 추가된다. 이와 마찬가지로 냉각수온별 기 설정된 시동 직후 증량 초기치를 보상하며, 시동시 냉각수온별 설정된 시동 직후 증량 구배 변경 판정 계수(TDAFTC2) 이전까지는 1차 감량 구배에 의한 테일링 제어를 수행한 다음, 이후까지는 2차 감량 구배에 의한 테일링 제어를 수행한다.
그러나, 상기한 종래의 방법은 저온 시동성 맵핑이 어려운 문제점을 내포하고 있다.
즉, 시동시 냉각수온에 따라, 엔진 오일 경화 정도 및 엔진 주요 구성품간의 마찰 저항이 크게 달라지므로, 요구되는 시동시 연료량 및 시동직후 증량 또한 달라지는 문제점을 내포하고 있다.
특히 시동 직후 증량 되었던 연료량 감량 속도가 시동성에 미치는 영향 또한 중요하다.
실제 시험 결과 저온으로 갈수록 1차 감량 구배의 완만함이 유리 했으며, 고온으로 갈수록 1차 감량 구배의 급함이 유리한데, 이는 연비 및 배기가스 시험 영역이므로 매우 중요하다.
도 5의 a ~ d는 1차 감량 구배도에 따라 실제 측정한 시동성 관련 그래프로써, 도 5a는 -30℃에서 21.84%/50msec의 연료 분사 제어상태시의 그래프이고, 도 5b는 -30℃에서 15.60%/75msec의 연료 분사 제어상태시의 그래프이며, 도 5c는 -20℃에서 15.60%/75msec의 연료 분사 제어 상태시의 그래프이고, 도 5d는 -20℃에서 21.84%/50msec의 연료 분사 제어 상태시의 그래프를 도시한 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 냉시동시 연료량 보정을 위하여 1차 테일링 구배를 시동시 냉각수온별 맵화하여 정교하게 시동 직후 연료량 보정이 수행되도록 할 수 있는 엔진의 냉시동시 연료량 보정 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
차량에 전원이 인가되면, 사용하는 모든 변수를 초기화하고, 시동 모드가 판단되면, 냉각수온을 입력 받은 후, 기 설정된 시동 직후 증량 초기치에 의해 연료량 증량을 연산 제어한 후, 1차 테일링 감량 제어를 수행하는 단계와;
상기 단계에서 1차 테일링 감량 제어 중 시동 직후 증량 초기치가 시동 직후 증량 구배 변경 판정 계수와 동일한가를 판단하는 단계와;
상기 단계에서 1차 테일링 감량 제어 중 시동 직후 증량 초기치가 시동 직후 증량 구배 변경 판정 계수와 동일함이 판단되면, 2차 테일링 제어를 수행한 다음, 엔진 시동 정지시 까지 차량 주행상태 변화에 따른 연료량 제어를 수행하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 엔진의 냉시동시 연료량 제어 장치 구성 블록도 이고,
도 2는 본 발명에 따른 엔진의 냉시동시 연료량 제어 방법 동작 순서도 이고,
도 3은 본 발명에 따른 시간 대비 연료량 가변 그래프이고,
도 4는 종래의 시간 대비 연료량 가변 그래프이고,
도 5의 a ~ d는 종래의 시동성 관련 그래프이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 차량 동작상태 검출장치 110 : 스로틀 밸브 개도량 검출부
120 : 엔진 회전수 검출부 130 : 크랭크 각 검출부
140 : 냉각수온 검출부 150 : O2(산소센서) 검출부
160 : 흡입 공기량 검출부 170 : 변속레버 위치 검출부
200 : 변속 제어 장치 300 : 엔진 제어 장치
400 : 구동장치
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 엔진의 냉시동시 연료량 제어 장치 구성 블록도로서, 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 차량의 동작상태를 검출한다.
변속 제어 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 인가되는 변속레버 위치 및 차량 동작상태 변화를 입력받아 차량의 변속단을 결정하여 해당하는 소정의 변속단 제어신호와 변속레버 위치 신호를 출력한다.
엔진 제어 장치(300)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)와 변속 제어 장치(200)에서 출력되는 소정의 차량 동작상태 신호를 입력받아 시동 모드가 판단되면, 냉각수온을 입력 받은 후, 기 설정된 시동 직후 증량 초기치에 의해 연료량 증량을 연산 제어한 후, 1차 테일링 감량 제어를 수행하며, 상기 1차 테일링 감량 제어 중 시동 직후 증량 초기치가 시동 직후 증량 구배 변경 판정 계수와 동일함이 판단되면, 2차 테일링 제어를 수행한 다음, 엔진 시동 정지시 까지 차량 주행상태 변화에 따른 연료량 제어를 수행한다.
구동장치(400)는 상기 엔진 제어 장치(300)에서 출력되는 소정의 엔진 제어 신호에 동기되어 냉시동시 연료량을 조절한다.
상기에서 차량 동작상태 검출장치(100)는 운전자의 가속페달 조작상태에 따라 연동하는 스로틀 밸브의 개도량 변화를 검출하는 스로틀 밸브 개도량 검출부(110)와; 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출부(120)와; 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 크랭크 각의 변화를 검출하는 크랭크 각 검출부(130)와; 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 냉각수온의 변화를 검출하는 냉각수온 검출부(140)와; 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되어 출력되는 산소량의 변화를 검출하는 O2(산소센서) 검출부(150)와(이하, 본 발명에서의 산소센서는 02로 표기함); 차량의 동작상태 변화에 따라 엔진으로 흡입되는 공기량의 변화를 검출하는 흡입 공기량 검출부(160)와; 운전자의 변속레버 조작상태에 따라 위치가 가변되는 변속레버의 위치를 검출하는 변속레버 위치 검출부(170)로 이루어져 있다.
상기한 구성으로 이루어진 엔진의 냉시동시 연료량 제어 방법을 첨부한 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
차량에 전원이 인가되면 엔진 제어 장치(300)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, 크랭크 각, 냉각수온, O2 변화량, 흡입 공기량 및 변속 레버 위치상태 등을 검출한다.
이에, 변속 제어 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출된 변속레버 위치 등을 입력받기 위해 소정의 제어신호를 상기 차량 동작상태 검출장치(100)로 출력하면, 차량 동작상태 검출장치(100)는 인가되는 제어신호에 동기되어 변속레버 위치를 출력한다.
변속 제어 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 출력되는 변속레버 위치 등을 입력받아 기 설정된 프로그램에 의해 해당 변속제어를 수행함과 동시에 입력된 변속레버 위치를 캔 통신를 이용하여 출력한다.
또한, 엔진 제어 장치(300)는 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출된 스로틀 밸브 개도, 엔진 회전수, 크랭크 각, 냉각수온, O2 변화량, 흡입 공기량 및 변속 레버 위치상태를 입력받고자 소정의 제어신호를 차량 동작상태 검출장치(100)와 변속 제어 장치(200)로 출력하면, 차량 동작상태 검출장치(100)는 인가되는 제어신호에 동기되어 검출된 스로틀 밸브 개도, 엔진 회전수, 크랭크 각, 냉각수온, O2 변화량 및 흡입 공기량 등을 출력하고, 변속 제어 장치(200)는 상기 엔진 제어 장치(300)에서 인가되는 제어신호에 동기되어 변속레버 위치를 캔 통신으로 출력한다.
이에, 엔진 제어 장치(300)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)와 변속 제어 장치(200)에서 인가되는 스로틀 밸브 개도, 엔진 회전수, 크랭크 각, 냉각수온, O2 변화량, 흡입 공기량 및 변속 레버 위치상태 등을 입력받아, 엔진을 시동하기 위한 시동모드 상태인가를 판단한다(S100).
상기에서 엔진이 시동모드 상태임이 판단되면, 엔진 제어 장치(300)는 냉각수온의 변화를 입력받아 기 설정된 시동직 후 증량 초기치(TAFTC2)에 의해 연료량증량을 연산하여 해당하는 소정의 제어신호를 출력하여 엔진의 시동을 완료한다(S110,S120).
이 때, 엔진 제어 장치(300)는 엔진 시동이 완료되어 차량 주행을 준비하기 위한 상태인 엔진 시동모드가 해제되었는가를 판단한다(S130).
상기에서 엔진 시동모드가 해제 조건은 엔진 회전수가 소정의 설정 값(약 500rpm) 이상이 검출되면 엔진 시동 모드 해제로 판단한다.
따라서, 상기에서 엔진 시동 모드가 해제됨이 판단되면, 엔진 제어 장치(300)는 하기의 수학식 1에서와 같이 1차 테일링 감량 제어를 수행한다(S140).
그 에 따른 연료량 제어 방식을 하기의 수학식 1에 의해서 산출되어 제어된다.
상기에서 TB는 기본 연료량(흡입 공기량 센서가 측정하는 공기유량에 맞게 기 설정된 연료량)
KLRN= A/F(Air/Fuel Ratio)학습치
KFB= 1±KP+KI(연료량 F/B 보정계수)
KMTCH= A/F(Air/Fuel Ratio) 메칭 보정계수(TAFMTCH)
KWUP= 난기보정
KAFND= 저온시 N - R - D 변화시 A/F 보정
KPRGLEAN= Purge Air 초기 유입시 A/F Lean화 보정
KAS= 시동 직후 증량보정(After Start 연료량 증량 보정)
는 가, 감속 연료량 보정이다.
상기 수학식 1에서 처럼 엔진 제어 장치(300)에서 제어하는 연료량에는 각 조건에 따라 보상 텀(Term)이 상당수 존재한다.
즉, 종래 기술의 문제점을 보안하기 위해 1차 감량 구배(Tailing) 절환 판정 수온에 따른 2분화 테일링 방법을 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 수온에 따른 2차원 맵 테일링으로 변경하여 연산하여 감량 제어한다.
하지만, 상기(S130)에서 시동 모드가 해지 되지 않은 경우, 엔진 제어 장치(300)는 기 설정된 시동직 후 증량 초기치(TAFTC2)에 의해 연료량 증량을 연산하는 단계(S120)로 리턴한다.
상기에서 1차 테일링은 α%/ιmsec로 연산할 수 있는데, 상기 ιmsec는 시동 직후 증량 초기치를 냉각수온의 함수(f(냉각수온))으로 정의할 수 있고, α%는 시동 직후 증량 구배 변경 판정 계수를 냉각수온의 함수(f(냉각수온))으로 정의할 수 있다.
따라서, 상기에서 α%/ιmsec에 의한 1차 테일링 감량 제어를 수행하고 있는 엔진 제어장치(300)는 1차 테일링 중에 시동 직후 증량 초기치와 시동 직후 증량 구배 변경 판정 계수가 같아졌는가를 판단한다(S150).
상기에서 1차 테일링 중에 시동 직후 증량 초기치와 시동 직후 증량 구배 변경 판정 계수가 같아졌음이 판단되면, 엔진 제어 장치(300)는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 시동 직후 증량 보정 후 2차 감량 구배인 2차 테일링 제어를 수행하여 해당하는 제어 신호를 출력함으로써, 냉시동시 연료량 제어를 수행한다(S160).
하지만, 상기(S150)에서 1차 테일링 중에 시동 직후 증량 초기치와 시동 직후 증량 구배 변경 판정 계수가 서로 다르다고 판단되면, 시동 직후 증량 초기치와 시동 직후 증량 구배 변경 판정 계수가 서로 같아질 때까지 α%/ιmsec에 의한 1차 테일링 감량 제어를 계속 수행하는 단계(S140)로 리턴한다.
상기에서 1차 테일링 구배를 시동시 냉각수온별 맵화하여 정교하게 시동 직후 연료량을 보정 수행한 이 후, 2차 테일링 제어를 수행한 다음, 엔진 제어 장치(300)는 냉시동 연료량 제어를 종료하고, 엔진 시동이 종료 될 때까지 차량 동작상태 변화에 따른 통상의 연료량 제어를 메모리에 기 설정된 연료량 제어 프로그램에 따라 수행한다.(S170).
상기에서 엔진 제어 장치(200)는 엔진 시동 종료 판단은 차량 동작상태 변화에 따라 검출되는 엔진 회전수가 0rpm인가를 판단한다(S180).
상기에서 엔진 회전수가 0rpm 인 시동 종료상태가 판단되면, 엔진 제어장치(300)는 메인 루틴으로 리턴한다.
이로써, 종래에는 특정온도 전후로 이분화하여 1차 테일링 감량 기울기를 두 영역으로 나누었지만, 본 발명에서는 1차 테일링 구배를 시동시 냉각수온 별 맵화하여 정교하게 시동 직후 연료량 보정을 수행함으로써, 시동성을 향상시킬 수 있고, 시동시 대부분 차지하는 배기가스(HC,CO)를 줄일 수 있으며, 또한 연비 향상 효과가 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 냉시동시 연료량 보정을 위하여 1차 테일링 구배를 시동시 냉각수온별 맵화하여 정교하게 시동 직후 연료량 보정이 수행되도록 함으로써, 시동성을 향상시킬 수 있고, 시동시 대부분 차지하는 배기가스(HC,CO)를 줄일 수 있으며, 또한 연비 향상 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 차량에 전원이 인가되면, 사용하는 모든 변수를 초기화하고, 시동 모드가 판단되면, 냉각수온을 입력 받은 후, 기 설정된 시동 직후 증량 초기치에 의해 연료량 증량을 연산 제어한 후, 1차 테일링 감량 제어를 수행하는 단계와;
    상기 단계에서 1차 테일링 감량 제어 중 시동 직후 증량 초기치가 시동 직후 증량 구배 변경 판정 계수와 동일한가를 판단하는 단계와;
    상기 단계에서 1차 테일링 감량 제어 중 시동 직후 증량 초기치가 시동 직후 증량 구배 변경 판정 계수와 동일함이 판단되면, 2차 테일링 제어를 수행한 다음, 엔진 시동 정지시 까지 차량 주행상태 변화에 따른 연료량 제어를 수행하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진의 냉시동시 연료량 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 1차 테일링 감량 제어는 시동 직후 냉각수온의 함수(f(냉각수온))에 따른 증량 구배 변경 판정 계수 / 시동 직후 냉각수온의 함수(f(냉각수온))에 따른 증량 초기치에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 엔진의 냉시동시 연료량 제어 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 1차 테일링 제어 중 시동 직후 증량 초기치가 시동 직후 증량 구배 변경 판정 계수와 동일하지 않으면, 1차 테일링 제어를 계속 수행하는 것을 포함하는 엔진의 냉시동시 연료량 제어 방법.
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