KR100444448B1 - 퍼지가스의 탄화수소 농도산출방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진의 연소실에서 피스톤과 실린더 간극에 의하여 크랭크 케이스로 누설되는 탄화수소의 농도를 산소센서를 이용하여 정확하게 산출할 수 있도록 한 퍼지 가스의 탄화수소 농도 산출방법에 관한 것으로,
본 발명은 이론 공연비로 연소중인가를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 이론 공연비로 연소 중이면 연소실 챔버로 흡입공기량을 읽어드리는 단계와; 상기 단계에서 읽어드린 흡입공기량으로 인젝터의 연료분사량을 계산하는 단계와; 상기 단계에서 연료분사량으로 연소하는 단계와; 상기 단계에서 연소중 배기가스로부터 산소신호를 읽어드리는 단계와; 상기 단계에서 읽어드린 산소신호 피드 백 이득으로 이론 공연비를 산출하는 단계와; 상기 단계에서 이론 공연비를 산출 후 퍼지 제어 밸브 듀티 사이클이 "0" 이상인가를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 퍼지 밸브 듀티 사이클이 "0" 이상이면 퍼지제어밸브 듀티 사이클로부터 퍼지 가스량을 산출하는 단계와; 상기 단계에서 산출된 퍼지 가스량으로 퍼지 가스의 탄화수소 농도를 산출하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

퍼지가스의 탄화수소 농도산출방법{Producting method for HC concentration of purge gas}
본 발명은 퍼지 가스의 탄화수소 농도 산출방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 연소실에서 피스톤과 실린더 간극에 의하여 크랭크 케이스로 누설되는 탄화수소의 농도를 산소센서를 이용하여 정확하게 산출할 수 있도록 한 퍼지 가스의 탄화수소 농도 산출방법에 관한 것이다.
일반적으로 탄화수소는 수소와 산소만으로 된 여러 가지 유기화합물의 총칭으로, 자동차 배출가스인 탄화수소는 연료 나 연료의 불완전 연소에 의하여 생기는 화합물의 가스나 미립자로서, 엔진에서의 배기가스, 압축, 연소 행정에서의 연소실에서 피스톤과 실린더 틈새에서 크랭크 케이스 내에 스며들어가는 블로바이 가스, 연료탱크나 연료계통에 고여있는 퍼지 이다.
상기 탄화수소는 직접적인 대기 오염보다는 대기중에서 분해되어 화확반응을 일으켜 광화학 스모그의 원인 물질이 되는 유해 가스이다.
이와 같이 연소실에서 불완전 연소에 의하여 연료탱크나 연료 계통에서 고여 있게 되는 증발 연료가스 중 탄화수소 가스 농도는 0 - 1 에서 존재하여야 한다.
그러나 상기 탄화수소 가스 농도를 산출하는 종래의 방법은 연소실의 이론 공연비에서의 산소 센서 피드백 이득이 1 이라고 가정한 상태에서, 상기 이론 공연비와 읽어드린 산소센서 신호와를 비교하여 공연비가 농후 또는 희박에 따라 산소 센서 피드백 이득을 가산 또는 감산하여 피드백 이득 평균을 산출하고, 이 산출된 피드백 이득 평균을 1 에서 감산하여 1 차이가 발생하면 퍼스가스 중 탄화수소의 농도 변화량에 의하여 발생된 변화량 것으로, 이 발생된 농도 변화량을 적분하면 퍼지가스 중 탄화수소의 농도를 산출하도록 한 것이다.
이와 같이 종래의 탄화수소 농도 산출 방법은 퍼지가스 중 탄화수소 농도 변화량 계산시 산소 센서 피드백 이득의 대표값으로 평균치를 사용하므로 정확한 퍼지 가스 농도 변화량 계산이 불가능하다.
또한 상기 부정확한 퍼지가스 농도 변화량을 적분하게 되므로 퍼지가스의 농도는 0 - 1(0 -100%)에서 존재하여야 하지만 실제 측정에서는 (-)결과 상태로 산출되므로 오차가 발생되는 문제점을 가지게 되었다,
따라서 본 발명의 목적은 엔진의 연소실에 고여 있는 탄화수소의 농도를 산소 센서를 이용하여 정확하게 산출할 수 있는 탄화수소 농도 산출 방법을 제공하고자 하는데 있다.
상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 이론 공연비로 연소중인가를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 이론 공연비로 연소 중이면 연소실 챔버로 흡입공기량을 읽어드리는 단계와; 상기 단계에서 읽어드린 흡입공기량으로 인젝터의 연료분사량을 계산하는 단계와; 상기 단계에서 연료분사량으로 연소하는 단계와; 상기 단계에서 연소중 배기가스로부터 산소신호를 읽어드리는 단계와; 상기 단계에서 읽어드린 산소신호 피드 백 이득으로 이론 공연비를 산출하는 단계와; 상기 단계에서 이론 공연비를 산출 후 퍼지 제어 밸브 듀티 사이클이 "0" 이상인가를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 퍼지 밸브 듀티 사이클이 "0" 이상이면 퍼지제어밸브 듀티 사이클로부터 퍼지 가스량을 산출하는 단계와; 상기 단계에서 산출된 퍼지 가스량으로 퍼지 가스의 탄화수소 농도를 산출하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.
그러므로 본 발명에 의하면, 연소실에 연료량과 흡입공기량으로 연소시, 산소센서로부터 산소신호를 읽어드리고, 이 읽어드린 산소신호를 피드백하여 공연비를 산출한 후, 퍼지밸브 듀티 사이클이 "0" 이상을 판단하면서 퍼지 가스량을 산출한후, 퍼지 가스량으로 퍼지가스의 탄화수소 농도를 산출하도록 함으로써 정확한퍼지가스중 탄화수소 농도를 산출해 낼 수 있게 되는 것이다.
도 1 은 본 발명에 이용되는 퍼지 제어 시스템의 블록도
도 2 는 본 발명 퍼지 가스의 탄화수소 농도 산출방법의 플로우챠트
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10; 연료탱크 11; 캐니스터
12; 인젝터 13; 흡기매니폴드
14; 스로틀밸브 15; 맵 센서
16; 퍼지제어밸브 17; 배기매니폴드
18; 산소센서
이하 첨부되는 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명에 이용되는 퍼지 제어 시스템의 블록도 로서, 연료 탱크(10)와; 상기 연료탱크(10)에서 증발하는 연료가스를 포집하여 대기중 증발을 방지한 캐니스터(11)와; 상기 연료탱크(10)의 연료를 엔진에 분사하는 인젝터(12)와; 흡기 매니폴드(13)에 장착되어 가속페달의 밟음에 따라 개폐되면 연료분사량을 조절하는 스로틀밸브(14)와; 상기 스로틀밸브(14)의 열고 닫힘에 따른 압력 전압을 출력하는 맵센서(15)와; 상기 흡기 매니폴드(13)에 증발가스 유입을 방지하는 퍼지제어밸브(16)와; 배기 매니폴드(17)에 장착되어 배기가스의 산소를 검출하는 산소센서(18)와; 상기 맵센서(15), 산소센서(18)로부터 압력전압신호 및 산소신호를 받아 제어하고 제어된 신호를 출력하는 엔진전자제어장치(ECU)로 구성하게 된다.
도 2 는 본 발명 퍼지 가스의 탄화수소 농도 산출방법의 플로우챠트 로서, 엔진에서 이론 공연비로 연소중인가를 판단하는 단계(200)와; 상기 단계(200)에서 이론 공연비로 연소 중이면 맵센서를 통해서 연소실 챔버로 유입되는 흡입공기량을 읽어드리는 단계(201)와; 상기 단계(201)에서 읽어드린 흡입공기량으로 인젝터의 연료분사량을 계산하는 단계(202)와; 상기 단계(202)에서 계산된 연료분사량으로 연소하는 단계(203)와; 상기 단계(203)에서 연소중 배기가스로부터 산소신호를 읽어드리는 단계(204)와; 상기 단계(204)에서 읽어드린 산소신호 피드 백 이득으로 이론 공연비를 산출하는 단계(205)와; 상기 단계(205)에서 이론 공연비를 산출 후퍼지 제어 밸브 듀티 사이클이 "0" 이상인가를 판단하는 단계(206)와; 상기 단계(206)에서 퍼지 밸브 듀티 사이클이 "0" 이상이면 퍼지 제어밸브 듀티 사이클로부터 퍼지 가스량을 산출하는 단계(207)와; 상기 단계(207)에서 산출된 퍼지 가스량으로 퍼지 가스의 탄화수소 농도를 산출하는 단계(208)로 이루어지게 된다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 시동후 연료탱크(10)의 연료가 인젝터(12)를 통해서 실린더로 분사되고, 이 연료 분사량은 흡기 매니폴드(13)의 스로틀밸브(14) 및 맵센서(15)에 의하여 분사량이 조절되면서 공급되게 된다.
이어서 상기 엔진에서는 분사되는 연료를 연소하고, 이 연소후 발생되는 연소가스는 배기 매니폴드(17)를 통해서 배기하게 된다.
이와 같이 연소하고 배기하는 엔진 연소실에서 공급된 연료가 이론 공연비로 연소중인가를 판단하게 되고(단계200), 이때 이론 공연비로 연소중이 아니면 리턴하게 된다.
그러나 상기 연소실에서 이론 공연비로 연소 중이면 엔진전자제어장치(ECU)에서는 맵센서(15)를 제어하여 연소실 챔버로 유입되는 흡입 공기량을 읽어드리게 된다(단계201).
이어서 상기 엔진전자제어장치(ECU)에서는 상기 읽어드린 흡입공기량으로 인젝터(12)의 연료분사량을 계산하게 되고(단계202), 상기 계산된 연료분사량으로 연소하게 된다(단계203).
상기와 같이 계산된 연료 분사량으로 연소 중에 상기 엔진전자제어장치(ECU)에서는 연소중 발생되는 배기되는 퍼지가스에 대하여 배기 매니폴드(17)에 장착된산소센서(18)로 산소신호를 읽어드리게 된다(단계204).
상기 산소를 읽어드린 상태에서 상기 엔진전자제어장치(ECU)에서는 상기 읽어드린 산소신호 피드 백 이득으로 이론 공연비를 산출하게 되는바(단계205), 즉 엔진 제어에서 공연비는 흡입공기량/ 흡입연료량의 비를 나타내는 것으로, 즉 인젝터(12)에서 분사되는 연료량(MKTI)이 산소센서(18)의 피드백에 의한 이론공연비(λ_st)로 조절되므로 공연비가 이론 공연비로 제어된다.
공연비( λ)=..... (1)
상기 흡입공기량은 스로틀밸브(14)를 통해서 흡입된 공기량(MSDK)과 퍼지가스 중 순수 공기량의 합으로 나타낼 수 있다.
그러므로 상기 퍼지 가스중 순수 공기량은 퍼지 가스량(PGR)과 순수 공기의 농도를 곱하면 되고, 순수 공기량의 농도는 1-HC(탄화수소)농도(FGPG)로 나타낼 수 있다
그리고 상기 흡입연료량은 인젝터(12)에서 분사된 연료량(MKT1)과 퍼지가스 중 HC(탄화수소)양의 합으로 나타낼 수 있으며, 퍼지가스중 HC의 량은 퍼지가스량 (PGR)과 HC의 농도(FGPG)를 곱하면서 구할 수 있게 된다.
상기와 같이 공연비를 산출 후, 엔진전자제어장치(ECU)에서는 상기 퍼지 제어 밸브 듀티 사이클(PCV)이 "0" 이상인가를 판단하게 되고(단계206), 이때 퍼지 제어밸브 듀티 사이클(PCV)이 "0" 이면 리턴하게 되고, 반면에 상기 퍼지 밸브 듀티 사이클(PCV)이 "0" 이상이면 퍼지 제어밸브 듀티 사이클(PCV)로부터 퍼지 가스량(PGR)을 산출한다(단계207).상기에서, 퍼지제어밸브 듀티사이클이란, 흡기 매니폴드에 증발가스 유입을 제어하기 위한 퍼지제어밸브의 반복되는 사이클 기간(운전시간 + 비운전시간)에 대한 운전시간의 비율을 의미한다. 즉, 상기 퍼지제어밸브의 듀티사이클이 "0" 이상이라는 것은 가스 흐름을 막거나 허용하기 위한 퍼지제어밸브의 개방된 상태의 정도를 의미한다.
따라서 상기 산출된 퍼지 가스량(PGR)으로 퍼지 가스의 탄화수소(HC)의 농도(FGPG)를 산출하게 된다.
그러므로 상기 탄화수소의 농도(FGPG)는 상기 (1)식에 의하여
FGPG =.......(2)
여기서 MSDK + PGR 은 흡입 매니폴더(13)의 맵센서(15)로 측정된 공기량(ML)과 동일함로 (MSDK+PGR)을 ML로 치환할 수 있다.
따라서 FGPG =가 된다.
그러므로 상기 MKTI, PGR은 전자제어장치(ECU)에서 계산된 수치이며, 상기 ML 은 흡기 매니폴드(13)의 맵센서(15)로부터부터 구할 수 있고, 상기 이론공연비(λ-st)는 14.7 이므로, 퍼지 가스중 탄화수소(HC)의 농도를 계산할 수 있게 되는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 연소실에 연료량과 흡입공기량으로 연소시, 배기 매니폴드에 장착된 산소센서로부터 배기되는 산소신호를 읽어드리고, 이 읽어드린 산소신호를 피드백하여 공연비를 산출한 후, 상기 산출된 공연비를 토대로 퍼지밸브 듀티 사이클이 "0" 이상을 판단하면서 퍼지 가스량을 산출한 후 퍼지가스의 탄화수소 농도를 산출할 수 있도록 함으로써, 배기되는 퍼지 가스중 탄화수소 농도를 정확하게 산출해 낼 수 있는 효과를 제공하게 되는 것이다.

Claims (2)

  1. 이론 공연비로 연소중인가를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 이론 공연비로 연소 중이면 연소실 챔버로 흡입공기량을 읽어드리는 단계와; 상기 단계에서 읽어드린 흡입공기량으로 인젝터의 연료분사량을 계산하는 단계와; 상기 단계에서 연료분사량으로 연소하는 단계와; 상기 단계에서 연소중 배기가스로부터 산소신호를 읽어드리는 단계와; 상기 단계에서 읽어드린 산소신호 피드 백 이득으로 이론 공연비를 산출하는 단계와; 상기 단계에서 이론 공연비를 산출 후 퍼지 제어 밸브 듀티 사이클이 "0" 이상인가를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 퍼지 밸브 듀티 사이클이 "0" 이상이면 퍼지제어밸브 듀티 사이클로부터 퍼지 가스량을 산출하는 단계와; 상기 단계에서 산출된 퍼지 가스량으로 퍼지 가스의 탄화수소 농도를 산출하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 퍼지가스의 탄화수소 농도 산출방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 공연비 산출은 흡입공기량/ 흡입연료량의 비로 산출하되, 상기 흡입공기량은 스로틀밸브를 통해서 흡입된 공기량에 퍼지가스중 순수 공기량의 합하고, 상기 퍼지가스중 순수 공기량은 퍼지 가스량과 순수 공기의 농도를 곱하며, 상기 순수 공기량의 농도는 1-HC 농도로 하고, 상기 흡입연료량은 인젝터(12)에서 분사된 연료량과 퍼지가스 중 HC 양의 합으로 하고, 퍼지가스중 HC의 량은 퍼지가스량에 HC의 농도를 곱하여서 된 것을 특징으로 하는 퍼지가스의 탄화수소 농도 산출방법.
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[In the HC concentration measurement and combustion characteristics analysis (213 side) of the spark plug surrounding] In engine" the research about the correlation with the HC concentration gradient of the spark plug surrounding according to the driving condition of the rotating speed" load" the air-fuel ratio" the valve timing etc and combustion are very important in the · exhaust system design of engine" and the performance development and exhaust gas decrease side. (the Transactions of Korea Society of Automotive Engineers) [스파크플러그 주위의 HC농도측정 및 연소특성 분석(213쪽)에서] 엔진에서 회전속도, 부하, 공연비(air-fuel ratio), 밸브타이밍 등의 운전조건에 따른 스파크플러그 주위의 HC농도변화 및 연소와의 상관관계에 대한 연구는 엔진의 흡·배기계 설계, 성능개발 및 배기가스 저감측면에서 매우 중요함.(한국자동차공학회논문집) *

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