KR100494911B1 - 배기가스 저감을 위한 가변 흡기 시스템의 제어방법 - Google Patents

배기가스 저감을 위한 가변 흡기 시스템의 제어방법 Download PDF

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Abstract

배기가스 저감을 위한 가변 흡기 시스템의 제어방법이 개시된다. 개시된 배기가스 저감을 위한 가변 흡기 시스템의 제어방법은, 흡기밸브 및 매니폴드 밸브의 개폐에 따라 작동되게 이들에 각각 연결 설치된 흡기밸브측 솔레노이드 밸브와 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브와, 상기 흡기밸브측 및 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브에 진공압이 공급되도록 이들에 연결 설치된 진공탱크가 구비되어 배기가스 저감이 이루어지도록 된 가변 흡기 시스템의 제어방법에 있어서, (a) 상기 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브를 온시키는 단계와; (b) 타이머를 작동시키고, 상기 타이머에서의 시간이 임의의 기준시간이 이상인지 판단하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서의 조건을 만족하는 경우, 상기 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브를 오프시키는 단계와; (d) 엔진의 회전수가 임의의 제1기준 회전수이거나 그 이상인지 판단하는 단계와; (e) 상기 단계 (d)에서의 조건을 만족하는 경우, 상기 흡기밸브측 솔레노이드 밸브를 온시키는 단계와; (f) 엔진의 회전수가 상기 제1기준 회전수 이하인지 판단하는 단계와; (g) 상기 단계 (f)에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 엔진의 회전수가 임의의 제2기준 회전수이거나 그 이상인지 판단하는 단계와; (h) 상기 단계 (g)에서의 조건을 만족하는 경우, 상기 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브를 온시키는 단계와; (i) 엔진의 회전수가 상기 제2기준 회전수 이하인지 판단하는 단계와; (j) 상기 단계 (i)의 조건을 만족하는 경우, 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브를 오프시키는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 초기의 배기가스를 저감시키는 동시에 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

배기가스 저감을 위한 가변 흡기 시스템의 제어방법{SYSTEM FOR CONTROLLING VARIABLE INTAKE SYSTEM TO REDUCE EMISSION}
본 발명은 배기가스 저감을 위한 가변 흡기 시스템의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 성능이 향상되고 초기 배기가스(emission)를 저감하기 위한 배기가스 저감을 위한 가변 흡기 시스템의 제어방법에 관한 것이다.
가변 흡기 시스템(VIS; Variable Induction System)은 각 실린더로 공급되는 흡기 매니폴드의 일부를 고속용과 저속용 2개의 통로로 분리하여 엔진회전수(RPM)에 맞게 절환하는 시스템이다.
저속 영역에서는 가늘고 긴 흡기관으로 하여 흡기 맥동을 충분히 이용하고, 고속 영역에서는 굵고 짧은 흡기관으로 공기를 흡입시켜 흡입 저항을 감소되도록 한다.
따라서, 가변 흡기 시스템은 저속 성능의 저하를 방지하고, 중속 및 고속 토크와 연비 향상에도 도움을 준다.
도 1a 내지 도 1c에는 상기한 가변 흡기 시스템의 구간별 동작 상태를 각각 나타낸 작동도가 도시되어 있다.
도 1a는 시동(start)에서부터 3200RPM 구간으로, 흡기밸브(IV; Intake Valve)(11) 및 매니폴드 밸브(MV; Manifold Valve)(12)가 닫혀(closed) 흡기밸브측 솔레노이드 밸브(IV Sol. Valve)(13) 및 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브((MV Sol. Valve)(14)는 오프(off)된 상태를 나타내 보인 것이다.
그리고 도 1b는 3200RPM에서부터 5100RPM 구간으로, 흡기밸브(11)는 열리(open)고, 매니폴드 밸브(12)가 닫혀 흡기밸브측 솔레노이드 밸브(13)는 온(on)되고, 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브(14)가 오프(off)된 상태를 나타내 보인 것이다.
또한 도 1c는 5200RPM 이상의 구간으로, 흡기밸브(11) 및 매니폴드 밸브(12)가 열려 흡기밸브측 솔레노이드 밸브(13) 및 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브(14)가 온(on)된 상태를 나타내 보인 것이다.
도 2는 이러한 작동 상태를 신호도로 나타내 보인 것이다.
각각 도시된 바와 같이 각 구간별 상태와 같이 단순히 엔진 회전수(RPM)에 따라 ECU가 솔레노이드 밸브를 동작시켜 부압(vacuum)을 이용하여 기계식 밸브인 매니폴드 밸브(12)를 열어준다.
그리고 일반적으로 엔진의 성능을 높이면 배기가스가 증가하고, 배기가스를 저감시키면 성능이 떨어진다.
이러한 문제점을 보완하기 위해서(배기가스를 저감하면서 동시에 성능을 향상시키기 위해) 산소센서를 이용하여 공연비(공기 대 연료비)를 맞추어 배기가스를 저감시키고, 상기한 가변 흡기 시스템을 도입하여 엔진의 전 영역(RPM)에서 성능을 향상시킬 수 있었다.
그러나, 산소센서를 이용한 공연비는 산소센서가 활성화되어야 가능한 단점이 있고, 현재 적용되고 있는 산소센서의 활성화되는 시간은 엔진 시동 후, 18~35sec 정도이다.
따라서 산소센서가 활성화되는 시간 동안은 공연비를 제어하지 못해 배기가스가 과다해 질 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 성능이 향상되고 초기 배기가스를 저감하도록 한 배기가스 저감을 위한 가변 흡기 시스템의 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배기가스 저감을 위한 가변 흡기 시스템의 제어방법은, 흡기밸브 및 매니폴드 밸브의 개폐에 따라 작동되게 이들에 각각 연결 설치된 흡기밸브측 솔레노이드 밸브와 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브와, 상기 흡기밸브측 및 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브에 진공압이 공급되도록 이들에 연결 설치된 진공탱크가 구비되어 배기가스 저감이 이루어지도록 된 가변 흡기 시스템의 제어방법에 있어서, (a) 상기 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브를 온시키는 단계와; (b) 타이머를 작동시키고, 상기 타이머에서의 시간이 임의의 기준시간이 이상인지 판단하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서의 조건을 만족하는 경우, 상기 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브를 오프시키는 단계와; (d) 엔진의 회전수가 임의의 제1기준 회전수이거나 그 이상인지 판단하는 단계와; (e) 상기 단계 (d)에서의 조건을 만족하는 경우, 상기 흡기밸브측 솔레노이드 밸브를 온시키는 단계와; (f) 엔진의 회전수가 상기 제1기준 회전수 이하인지 판단하는 단계와; (g) 상기 단계 (f)에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 엔진의 회전수가 임의의 제2기준 회전수이거나 그 이상인지 판단하는 단계와; (h) 상기 단계 (g)에서의 조건을 만족하는 경우, 상기 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브를 온시키는 단계와; (i) 엔진의 회전수가 상기 제2기준 회전수 이하인지 판단하는 단계와; (j) 상기 단계 (i)의 조건을 만족하는 경우, 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브를 오프시키는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3에는 본 발명에 따른 배기가스 저감을 위한 본 발명에 따른 배기가스 저감을 위한 가변 흡기 시스템의 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트가 도시되어 있다.
그리고 도 4a에 도시된 바와 같이 가변 흡기 시스템은, 차량의 엔진 일측에 설치된 것으로 흡기밸브(21) 및 매니폴드 밸브(22)의 개폐에 따라 작동되게 이들에 각각 연결 설치된 흡기밸브측 솔레노이드 밸브(23)와 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브(24)와, 이 흡기밸브측 및 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브(23,24)에 진공압이 공급되도록 이들에 연결 설치된 진공탱크(25)가 구비된다. 따라서 본 발명은 이 가변 흡기 시스템을 제어하여 초기 배기가스 저감과 성능의 향상이 이루어지도록 한다.
이를 보다 구체적으로 설명하면 본 발명에 따른 배기가스 저감을 위한 가변 흡기 시스템의 제어방법은, 우선, 상기 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브(MV SOL. V/V)(24)를 온(on)시킨다.(단계 110)
한편, 차량의 엔진 제어 유니트인 ECU에는 상기 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브(24)와 흡기밸브측 솔레노이드 밸브(IV SOL. V/V)(23)는 각각 오프(off)값으로 저장되어 있다.
이어서, 타이머(timer)를 작동시키고, 이 타이머가 측정한 시간이 임의의 기준시간 예컨대, 20sec 이상 되었는지 판단한다.(단계 120) 여기서 20sec의 기준을 정한 이유는 시험상 배기가스가 저감되는 조건을 만족하는 시간이기 때문이다.
그리고 상기 단계 120에서의 조건을 만족하는 경우 즉, 20sec 이상이면 상기 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브(24)를 오프(off)시킨다.(단계 130)이때, 타이머에서의 기준 시간 이상이 아닌 경우의 제어에 대하여 설명한다.초기 시동하고 기준 시간까지의 제어는 흡기밸브측 솔레노이드 밸브(IV SOL. V/V)(23)는 오프(off)하여 흡기측 기계식 밸브가 닫히도록 제어하고, 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브(MV SOL. V/V)(24)는 온(on)시켜 매니폴드측 기계식 밸브를 열어 줍니다. 이렇게 되면 흡입되는 공기의 경로는 주흡입통로와 매니폴드측의 보조흡입통로를 통해 각 실린더로 공기가 흡입된다.
또한 엔진의 회전수(RPM)가 임의의 제1기준 회전수 예컨대, 3200RPM이거나 그 이상인지 판단한다.(단계 140)
상기 단계 140에서의 조건을 만족하는 경우 즉, 3200RPM이거나 그 이상이면 상기 흡기밸브측 솔레노이드 밸브(23)를 온(on)시킨다.(단계 150)
이어서 엔진의 회전수가 상기 제1기준 회전수 이하인지 판단한다.(단계 160)
상기 단계 160에서의 조건을 만족하지 못하는 경우 즉, 3200RPM 이하이면 엔진의 회전수가 임의의 제2기준 회전수 예컨대 5100RPM 이거나 그 이상인지 판단한다.(단계 170)그리고 이때 상기 엔진의 회전수가 제1기준 회전수 이하일 때의 제어에 대하여 설명한다.상기 제1기준 회전수 이하이면 흡기밸브측 솔레노이드 밸브(IV SOL. V/V)(23)와 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브(MV SOL. V/V)(24) 둘 다 오프(off)되게 제어한다. 이렇게 되면 흡기측 기계식 밸브와 매니폴드측 기계식 밸브가 닫혀 엔진 실린더로 흡입되는 공기는 보조흡기통로를 거치지 않고 주흡기통로만을 통해 주입된다.
상기 단계 170에서의 조건을 만족하는 경우, 상기 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브(24)를 온(on)시킨다.(단계 180) 반면, 상기 단계 170에서의 조건을 만족하지 못하는 경우에는 상기 단계 160을 수행한다.
한편, 상기 단계 120에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 현재의 차속(VS)이 임의의 기준차속 예컨대, 40kph 이상인지 판단하여, 이의 조건을 만족하는 경우, 상기 단계 130을 수행하고, 그렇지 못하는 경우 상기 단계 120을 수행한다.(단계 210)
그리고 상기 단계 140에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 본 단계가 만족할 때까지 재 수행한다.
또한 상기 단계 160에서의 조건을 만족하는 경우, 흡기밸브측 솔레노이드 밸브(23)를 오프(off)시키고, 상기 단계 140을 수행한다.(단계 220)
그리고 상기 단계 180을 수행한 후, 엔진의 회전수가 상기 제2기준 회전수(5100RPM) 이하인지 판단하고 이에 만족하는 경우, 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브(24)를 오프(off)시키고, 상기 단계 160을 수행한다.(단계 230,240)
상기 단계 230에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 본 단계의 조건을 만족할 때까지 본 단계를 수행한다.한편, 상기 엔진의 회전수가 제2기준 회전수 이하일 때의 제어에 대하여 설명한다.엔진의 회전수가 제2기준 회전수 이하이면 흡기밸브측 솔레노이드 밸브(IV SOL. V/V)(23)는 온(on)되게 제어하고, 반면 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브(MV SOL. V/V)(24)는 오프(off)되게 제어한다. 이렇게 되면 흡입공기는 주흡기통로와 흡기측에 있는 보조흡기통로를 통해 실린더로 공기가 흡입된다.
이와 같은 작동을 순차적으로 도 4a 내지 도 4d에 각각 나타내 보였다.
우선, 도 4a에 도시된 바와 같이, 차량의 시동 후부터 약 20sec 구간에서는 흡기밸브측 솔레노이드 밸브(23)는 오프(off)시키고, 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브(24)는 온(on)시킨다.
그런 후, 도 4b에 도시된 바와 같이 20sec 이후 엔진의 회전수가 3200RPM이 되기 전까지의 구간에서는 흡기밸브측 솔레노이드 밸브(23) 및 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브(24)를 오프시킨다.
이어서 도 4c에 도시된 바와 같이, 엔진의 회전수가 3200RPM에서 5100RPM 구간에서는 흡기밸브측 솔레노이드 밸브(23)는 온(on)시키고, 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브(24)는 오프(off)시킨다.
그리고 도 4d에 도시된 바와 같이, 엔진의 회전수가 5100RPM 이상의 구간에서는 흡기밸브측 솔레노이드 밸브(23) 및 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브(24)를 온(on) 시킨다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 배기가스 저감을 위한 가변 흡기 시스템의 제어방법은, 북미 배기가스 규제(OBD-Ⅱ)가 더욱 강화됨에 따라 산소센서가 활성화되기 전까지의 배기가스도 낮추어야 하는 과제를 안고 있는데, 이에 가변 흡기 시스템에서 매니폴드 밸브(22)를 산소센서가 활성화되기 전까지 열어둠으로써, 실린더로 흡입되는 공기량을 저감시키고, 이에 따라 적은 연료량이 분사되어 배기가스를 저감시키는 방안을 엔진에 적용시킨 것이다.
기본적인 가변 흡기 시스템 동작은 기존의 방법과 동일하며, 시동시 20sec 동안은 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브(24)를 열어서 진공탱크(25)의 진공을 이용하여 기계식 밸브인 매니폴드 밸브(22)를 열어준다.
그러나 운전자가 시동을 켜자마자 바로 자동차를 출발시켜 가속을 하려고 하면 20sec 전이라도 매니폴드 밸브(22)를 닫아서 엔진 성능을 향상시켜 가속을 용이하게 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 배기가스 저감을 위한 가변 흡기 시스템의 제어방법은, 초기의 배기가스를 저감시키는 동시에 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
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.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 기술에 따른 가변 흡기 시스템의 작동 상태를 개략적으로 나타내 보인 도면.
도 2는 종래의 기술에 따른 가변 흡기 시스템의 작동 상태를 개략적으로 나타내 보인 신호도.
도 3은 본 발명에 따른 배기가스 저감을 위한 가변 흡기 시스템의 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 방법에 적용되는 가변 흡기 시스템의 작동 상태를 개략적으로 나타내 보인 도면.
도 5는 본 발명에 따른 방법에 적용되는 가변 흡기 시스템의 작동 상태를 개략적으로 나타내 보인 신호도.

Claims (4)

  1. 흡기밸브 및 매니폴드 밸브의 개폐에 따라 작동되게 이들에 각각 연결 설치된 흡기밸브측 솔레노이드 밸브와 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브와, 상기 흡기밸브측 및 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브에 진공압이 공급되도록 이들에 연결 설치된 진공탱크가 구비되어 배기가스 저감이 이루어지도록 된 가변 흡기 시스템의 제어방법에 있어서,
    (a) 상기 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브를 온시키는 단계와;
    (b) 타이머를 작동시키고, 상기 타이머에서의 시간이 임의의 기준시간이 이상인지 판단하는 단계와;
    (c) 상기 단계 (b)에서의 조건을 만족하는 경우, 상기 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브를 오프시키는 단계와;
    (d) 엔진의 회전수가 임의의 제1기준 회전수이거나 그 이상인지 판단하는 단계와;
    (e) 상기 단계 (d)에서의 조건을 만족하는 경우, 상기 흡기밸브측 솔레노이드 밸브를 온시키는 단계와;
    (f) 엔진의 회전수가 상기 제1기준 회전수 이하인지 판단하는 단계와;
    (g) 상기 단계 (f)에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 엔진의 회전수가 임의의 제2기준 회전수이거나 그 이상인지 판단하는 단계와;
    (h) 상기 단계 (g)에서의 조건을 만족하는 경우, 상기 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브를 온시키는 단계와;
    (i) 엔진의 회전수가 상기 제2기준 회전수 이하인지 판단하는 단계와;
    (j) 상기 단계 (i)의 조건을 만족하는 경우, 매니폴드 밸브측 솔레노이드 밸브를 오프시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 저감을 위한 가변 흡기 시스템의 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (b)에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 현재의 차속이 임의의 기준차속 이상인지 판단하여, 이의 조건을 만족하는 경우, 상기 단계 (c)를 수행하고, 그렇지 못하는 경우 상기 단계 (b)를 수행하는 단계를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 배기가스 저감을 위한 가변 흡기 시스템의 제어방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (f)에서의 조건을 만족하는 경우, 흡기밸브측 솔레노이드 밸브를 오프시키고, 상기 단계 (d)를 수행하는 단계를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 배기가스 저감을 위한 가변 흡기 시스템의 제어방법.
  4. 삭제
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