KR100471225B1 - 차량의 점화시기 제어장치 및 방법 - Google Patents

차량의 점화시기 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실린더 압력에 따라 점화시기를 진각/지각하여 엔진의 출력이 항상 최대로 유지될 수 있도록 학습 제어하는 차량의 점화시기 제어장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 차량의 점화시기 제어장치에 있어서, 상기 차량의 엔진 부하(Load)를 검출하는 엔진 부하 검출부와; 상기 차량의 엔진 연소실에 장착되어 폭발 행정시의 폭발 압력을 측정하는 실린더 압력 검출센서와; 상기 실린더 압력 검출센서로부터 검출되는 실린더의 폭발 압력을 측정한 데이터(Data)를 폭발 행정 동안 적분하며, 이를 학습하여 최적의 점화시기를 선정하고 엔진의 토크가 최대로 유지될 수 있도록 점화시기 제어신호를 발생하는 엔진 제어부와; 상기 엔진 제어부로부터 발생되는 점화시기 제어신호의 입력에 따라 상기 차량의 엔진 점화시기를 진각 또는 지각시키는 점화시기 구동부를 포함하여 구성한다.

Description

차량의 점화시기 제어장치 및 방법{IGNITION TIMING CONTROLLING DEVICE OF VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 차량에 관한 것으로서, 특히 차량의 점화시기 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 점화시기에 따라 엔진의 출력이 상이하게 되므로 최고의 출력을 얻기 위해서는 최적의 점화시기에 따라 엔진 출력이 제어되도록 하여야 한다.
그러나, 종래 기술은 엔진의 각 운전조건에 따라 점화시기를 일일이 선정해야만 하였다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 각 엔진 회전수 및 부하에 따라 점화시기를 시행착오(Trial And Error) 과정을 거쳐 최고 출력이 나오는 점화시기를 얻었다.
이와 같은 종래 기술에 의하면, 엔진의 냉각수온 및 흡기 온도, 공연비 등에 따라 최적의 점화시기는 다시 또 변하게되므로 이들 조건에 따라 보정을 해 주어야 한다.
또한, 점화시기와 엔진 출력의 매칭(Matching)을 최적화하더라도, 엔진의 제조과정에서 나올 수밖에 없는 엔진간의 산포로 인하여 모든 엔진에서 최고 출력을 위한 점화시기 선정은 불가능하다고 할 수 있다.
결론적으로, 종래와 같은 방법을 사용할 때 실제 엔진의 최고 출력을 낼 수 있는 점화시기 선정이 곤란한 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 실린더 압력에 따라 점화시기를 진각/지각하여 엔진의 출력이 항상 최대로 유지될 수 있도록 학습 제어하는 차량의 점화시기 제어장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 차량의 점화시기 제어장치에 있어서, 상기 차량의 엔진 부하(Load)를 검출하는 엔진 부하 검출부와; 상기 차량의 엔진 연소실에 장착되어 폭발 행정시의 폭발 압력을 측정하는 실린더 압력 검출센서와; 상기 실린더 압력 검출센서로부터 검출되는 실린더의 폭발 압력을 측정한 데이터(Data)를 폭발 행정 동안 적분하며, 이를 학습하여 최적의 점화시기를 선정하고 엔진의 토크가 최대로 유지될 수 있도록 점화시기 제어신호를 발생하는 엔진 제어부와; 상기 엔진 제어부로부터 발생되는 점화시기 제어신호의 입력에 따라 상기 차량의 엔진 점화시기를 진각 또는 지각시키는 점화시기 구동부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 차량의 점화시기 제어방법에 있어서, 상기 차량의 엔진 부하에 대한 정보를 입력받아 분석하는 단계와; 상기 분석된 엔진 부하에 대한 정보를 통해 상기 차량의 엔진 초기 운전상태를 판단하는 단계와; 상기 차량의 엔진이 초기 운전상태이면 점화시기 및 폭발행정의 실린더 압력 적분값을 설정된 초기값으로 제어하는 단계와; 설정된 초기값으로 제어되는 폭발행정의 실린더 압력을 적분하는 단계와; 상기 적분된 폭발 행정의 실린더 압력 적분값과 이전 폭발 행정에서의 실린더 압력 적분값 크기를 비교하는 단계와; 상기 비교된 폭발 행정의 실린더 압력 적분값과 이전 폭발 행정에서의 실린더 압력 적분값의 차이에 따라 차량의 엔진 점화시기를 진각 또는 지각시키는 제어동작을 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차량의 점화시기 제어장치 구성을 설명한다.
본 발명의 실시예는 엔진 부하 검출부(210~230), 실린더 압력 검출센서 (240), 엔진 제어부(250)(ECU), 점화시기 구동부(260)를 포함하여 구성한다.
엔진 부하 검출부(210~230)는 차량의 엔진 부하(Load)를 검출한다.
엔진 부하 검출부(210~230)는 차량의 엔진 회전수를 검출하여 그에 대응되는 전기적인 신호를 출력하는 엔진 회전수 검출센서(210)와; 차량의 차속을 검출하는 차속 센서(220)와; 차량의 엔진 흡기 압력을 검출하는 흡기 압력 검출센서(230)를 포함하여 구성한다.
실린더 압력 검출센서(240)는 도 3에 도시된 바와 같이 엔진의 실린더 헤드(Cylinder Head)에 형성되는 연소실에 장착되어 폭발 행정시의 폭발 압력을 측정하며, 측정된 폭발 압력을 엔진 제어부(250)로 공급한다.
엔진 제어부(250)는 엔진 구동에 관련한 전반적인 제어동작을 수행한다.
특히, 본 발명의 실시예에서는 실린더 압력 검출센서(240)로부터 검출되는 실린더의 폭발 압력을 측정한 데이터(Data)를 폭발 행정 동안 적분하며, 이를 학습하여 최적의 점화시기를 선정하고 엔진의 토크가 최대로 유지될 수 있도록 점화시기 제어신호를 발생한다.상기한 바와 같이 실린더 내부의 폭발 압력은 폭발 행정 동안 적분하며, 폭발 압력의 적분 시작은 폭발 행정시 상사점(Top Dead Center)이고, 폭발 압력의 적분 종료는 폭발 행정시 하사점(Bottom Dead Center)이다.그리고, 폭발 행정 동안 적분 변수는 폭발 시간이다.폭발 행정 동안 적분 변수는 폭발 행정시의 크랭크 각도로도 사용할 수 있다.
엔진 제어부(250)의 점화시기 학습은 폭발 행정의 실린더 압력 적분값과 이전 폭발 행정에서의 실린더 압력 적분값을 비교하여 적분값이 큰 쪽의 점화시기를 학습한다.
엔진 제어부(250)는 폭발 행정의 실린더 압력 적분값이 이전 폭발 행정의 실린더 압력 적분값 이상이면 지각 점화시기 제어신호를 발생한다.
한편, 엔진 제어부(250)는 폭발 행정의 실린더 압력 적분값이 이전 폭발 행정의 실린더 압력 적분값 보다 작을 경우 진각 점화시기 제어신호를 발생한다.
점화시기 구동부(260)는 엔진 제어부(250)로부터 발생되는 점화시기 제어신호의 입력에 따라 차량의 엔진 점화시기를 진각 또는 지각시키는 기능을 한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 연소실내의 폭발 압력을 측정할 수 있는 실린더 압력 검출센서(240)를 부착하고, 연소압(폭발 압력)을 직접 측정한 데이터(Data)를 해당 폭발 행정 과정 동안 엔진 제어부(250)를 통해 적분을 한다.
그리고, 엔진 제어부(250)는 실린더에서 폭발 행정시의 폭발 압력을 학습하여 최적의 점화시기를 유지한다.
이때 적분된 면적은 엔진의 토크(Torque)를 대표할 수 있게 된다.
여기서, 적분의 면적(연소 압력면적)이 크다는 것은 피스톤을 밀어내는 힘이 크다는 것을 말한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 실린더 압력 검출 센서로 압축 행정과 폭발 행정의 실린더 내부의 압력을 측정한 것으로, 그래프의 형태를 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 빗금 친 면적이 엔진의 힘을 나타내게 되므로 이 면적을 최대로 하는 것이 엔진의 출력을 극대화시키는 것이다.
즉, 폭발 행정의 실린더 압력을 먼저 적분하여두고, 이전 폭발 행정에서의 실린더 압력 적분값과 비교를 하여 적분값이 큰 쪽의 점화시기를 엔진 제어부(250)를 통해 학습하도록 한다.
도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차량의 점화시기 제어방법을 설명한다.
엔진 제어부(250)는 도 5의 (S510)에서 엔진 부하 검출부(210~230)를 통해 차량의 엔진 부하에 대한 정보(엔진 회전수(RPM) 신호, 차속 신호, 흡기 압력 신호)를 입력받아 분석한다.
이어서, (S512)으로 진행하여 분석된 엔진 부하에 대한 정보를 통해 차량의 엔진 초기 운전상태를 판단한다.
전술한 (S512)에서 차량의 엔진이 초기 운전상태이면 엔진 제어부(250)는 (S514)으로 진행하여 점화시기 및 폭발행정의 실린더 압력 적분값을 설정된 초기값(RPM/Load)으로 제어한다.
그리고, 엔진 제어부(250)는 (S516)으로 진행하여 설정된 초기값으로 제어되는 폭발행정의 실린더 압력을 적분한다.
이어서, 엔진 제어부(250)는 적분된 폭발 행정의 실린더 압력 적분값과 이전 폭발 행정에서의 실린더 압력 적분값 크기를 비교한다(S518).
엔진 제어부(250)는 비교된 폭발 행정의 실린더 압력 적분값(실린더 압력 적분i)과 이전 폭발 행정에서의 실린더 압력 적분값(실린더 압력 적분i-1)의 차이에 따라 차량의 엔진 점화시기를 진각 또는 지각시키는 제어동작을 수행한다(S520, S522).
예를 들어, 엔진 제어부(250)는 전술한 (S518)에서 폭발 행정의 실린더 압력 적분값이 이전 폭발 행정의 실린더 압력 적분값 이상이면 (S520)으로 진행하여 점화시기를 설정값(1도)으로 지각시키는 제어동작을 수행한다.
이와는 반대로, 엔진 제어부(250)는 전술한 (S518)에서 폭발 행정의 실린더 압력 적분값이 이전 폭발 행정의 실린더 압력 적분값 보다 작을 경우 (S520)으로 진행하여 점화시기를 설정값(1도)으로 진각시키는 제어동작을 수행한다.
상기와 같이 본 발명의 실시예는 실린더 압력에 따라 점화시기를 진각/지각하여 엔진간의 토크가 항상 최대로 유지될 수 있도록 학습 제어하는 것이다.
그러나, 엔진의 폭발 압력은 엔진 회전수(RPM)와 부하(Load)에 따라 달라지므로 동일 조건에서의 비교가 필요하다.
따라서, 동일한 엔진 회전수(RPM)/부하(Load) 조건에서 적분값을 비교하게 하고 큰 쪽의 점화시기를 학습하도록 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량의 점화시기 제어장치 및 방법은 엔진간의 편차까지를 포함하여 최적의 점화시기를 유지함으로 엔진의 성능을 최대로 할 수 있다.
또한, 엔진 성능 향상으로 인한 연비 증대의 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에서 엔진 회전수 및 부하에 따라 점화시기를 선정하는 것을 도시한 그래프.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 점화시기 제어장치의 구성을 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 실린더 압력 검출센서의 장착위치를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 실린더 압력 검출 센서로 측정된 압축 행정과 폭발 행정의 실린더 내부의 압력을 도시한 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 점화시기 제어방법을 도시한 흐름도.

Claims (8)

  1. 차량의 점화시기 제어장치에 있어서,
    상기 차량의 엔진 부하(Load)를 검출하는 엔진 부하 검출부와;
    상기 차량의 엔진 연소실에 장착되어 폭발 행정시의 폭발 압력을 측정하는 실린더 압력 검출센서와;
    상기 실린더 압력 검출센서로부터 검출되는 실린더의 폭발 압력을 측정한 데이터(Data)를 폭발 행정 동안 적분하며, 이를 학습하여 최적의 점화시기를 선정하고 엔진의 토크가 최대로 유지될 수 있도록 점화시기 제어신호를 발생하는 엔진 제어부와;
    상기 엔진 제어부로부터 발생되는 점화시기 제어신호의 입력에 따라 상기 차량의 엔진 점화시기를 진각 또는 지각시키는 점화시기 구동부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 차량의 점화시기 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 엔진 부하 검출부는
    상기 차량의 엔진 회전수를 검출하여 그에 대응되는 전기적인 신호를 출력하는 엔진 회전수 검출센서와;
    상기 차량의 차속을 검출하는 차속 센서와;
    상기 차량의 엔진 흡기 압력을 검출하는 흡기 압력 검출센서를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 차량의 점화시기 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 엔진 제어부의 점화시기 학습은 폭발 행정의 실린더 압력 적분값과 이전 폭발 행정에서의 실린더 압력 적분값을 비교하여 적분값이 큰 쪽의 점화시기를 학습하는 것을 특징으로 하는 차량의 점화시기 제어장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 엔진 제어부는 폭발 행정의 실린더 압력 적분값이 이전 폭발 행정의 실린더 압력 적분값 이상이면 지각 점화시기 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 차량의 점화시기 제어장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 엔진 제어부는 폭발 행정의 실린더 압력 적분값이 이전 폭발 행정의 실린더 압력 적분값 보다 작을 경우 진각 점화시기 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 차량의 점화시기 제어장치.
  6. 차량의 점화시기 제어방법에 있어서,
    상기 차량의 엔진 부하에 대한 정보를 입력받아 분석하는 단계와;
    상기 분석된 엔진 부하에 대한 정보를 통해 상기 차량의 엔진 초기 운전상태를 판단하는 단계와;
    상기 차량의 엔진이 초기 운전상태이면 점화시기 및 폭발행정의 실린더 압력 적분값을 설정된 초기값으로 제어하는 단계와;
    설정된 초기값으로 제어되는 폭발행정의 실린더 압력을 적분하는 단계와;
    상기 적분된 폭발 행정의 실린더 압력 적분값과 이전 폭발 행정에서의 실린더 압력 적분값 크기를 비교하는 단계와;
    상기 비교된 폭발 행정의 실린더 압력 적분값과 이전 폭발 행정에서의 실린더 압력 적분값의 차이에 따라 차량의 엔진 점화시기를 진각 또는 지각시키는 제어동작을 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 점화시기 제어방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 폭발 행정의 실린더 압력 적분값이 이전 폭발 행정의 실린더 압력 적분값 이상이면 점화시기를 설정값으로 지각시키는 제어동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 점화시기 제어방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 폭발 행정의 실린더 압력 적분값이 이전 폭발 행정의 실린더 압력 적분값 보다 작을 경우 점화시기를 설정값으로 진각시키는 제어동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 점화시기 제어방법.
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