KR100692735B1

KR100692735B1 - 연속가변밸브 타이밍 시스템의 밸브 오버랩 편차 보정 방법

Info

Publication number: KR100692735B1
Application number: KR1020050060209A
Authority: KR
Inventors: 박용정
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-07-05
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2007-03-09
Also published as: KR20070005090A

Abstract

본 발명은 엠에이피 센서를 이용하여 흡입 공기량을 인식하는 연속 가변 밸브 타이밍 시스템에서 밸브 오버랩 편차 보정 방법에 관한 것으로서, 캠샤프트 편차가 없는 밸브를 이용하여 밸브 오버랩 값별로 밸브를 제어한 후 엠에이피 센서에서 측정된 공기압력값과 그에 따른 흡입 공기량을 산출하여 기준 데이터로서 저장하는 과정과; 일정 밸브 오버랩 값에 따라 캠샤프트를 구동시키는 과정과; 상기 캠샤프트 구동후 엠에이피 센서에 의해 공기압력값을 감지하는 과정과; 상기 감지된 공기압력값과 그에 따른 흡입 공기량을 산출하는 과정과; 상기 일정 밸브 오버랩 값에서의 공기압력값과 흡입 공기량에 대한 기준 데이터를 독출하는 과정과; 상기 밸브 오버랩에서 실측 흡입 공기량과 상기 기준 데이터를 비교하여 밸브 오버랩 편차를 인식하는 과정과; 상기 밸브 오버랩의 편차를 이용하여 밸브 오버랩을 보정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, MAP 센서를 적용하는 CVVT시스템에서 캠 샤프트 오프셋과 같은 하드웨어 편차를 학습하여, 밸브 오버랩 편차를 보정하여 MAF 값의 편차를 보정할 수 있게 된다.

흡기 시스템, MAF, MAP, 센서

Description

연속가변밸브 타이밍 시스템의 밸브 오버랩 편차 보정 방법{method for correcting a deviation of a valve overlap in a CVVT system}

도 1은 본 발명이 적용되는 차량의 흡기 시스템의 구성도,

도 2는 MAP 센서 적용시 밸브 오버랩(Valve overlap) 편차에 따른 Emission의 영향 그래프,

도 3a는 흡기 효율성의 변화에 따른 공기압력 변화값의 관계를 나타내는 그래프

도 3b는 흡입되는 공기압력 변화값과 밸브 오버랩의 편차량의 관계를 나타내는 그래프,

도 4는 일정 엔진 회전수와 공기압력 조건에서 캠샤프트 변이에 따라 이상적인 실린더로 들어가는 유량과 MAP값을 측정하여 형성한 3차원 이상곡선,

도 5는 일정 엔진 회전수와 일정 밸브 오버랩에서 측정한 MAP값과 3차원 이상곡선을 비교하여 흡입 밸브 및 배기밸브의 캠샤프트 위치 보정을 나타내는 그래프,

도 6은 밸브 오버랩 편차 학습 결과 이상적인 흡기밸브의 캠샤프트 위치와 캠샤프트 오프셋의 비교 그래프,

도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 CVVT와 MAP을 이용한 밸브 오버랩 편차 보정 방법의 순서도,

도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 CVVT와 MAP을 이용한 밸브 오버랩 편차 보정 방법의 순서도,

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : CVVT 엔진 2 : MAF 센서

10 : 흡기 시스템 13 : 밸브

20 : 배기 시스템

본 발명은 CVVT 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 MAP센서를 이용하는 CVVT 시스템에서 밸브 오버랩 편차 보정 방법에 관한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같은, CVVT(Continuous Variable Valve Timing)를 적용하는 엔진에서의 흡입 공기량 검출 방식은 MAF(Mass Air Flow)센서(2)가 적용되어 왔다. 이는 밸브 오버랩(Valve overlap)에 따라 흡입 공기량의 변화율이 달라지기 때문에 MAP(Manifold Absolute Pressure)센서 방식에서는 계산된 공기량에 밸브 오버랩(Valve overlap)에 따른 요인(Factor)을 보정해 주어야 하며, 또한 고지(高地)에 따른 보정도 별도로 해주어야 한다.

그러나, 상기와 같은 보정에도 불구하고 실제 공기량과 예측된 공기량은 여러가지 요인에 의해 달라지게 된다.

즉, 어떤 압력 하에서 실린더로 들어가는 공기량은 밸브 타이밍의 편차에 의해 달라지게 되며, 이는 폐쇄루프(Closed loop)로 제어되지 않는 특정 운전 조건(예, 산소 센서 비활성화 구간 등)에서 Lambda Deviation(연료량/공기량)을 피할 수 없게 된다. 그로 인한 영향으로서, Emission(특히 NOx)의 증가를 들 수 있다.

FTP(Federal Test Procedure) 75 mode에서 밸브 오버랩(Valve Overlap) 5° 정도의 편차를 보이는 MAP 센서 시스템에서 산소 센서에 의한 연료량 보정값은 상당히 불안정한 경향을 보이며, 주로 흡기 효율(Volumetric Efficiency)을 적은 값으로 판단해 연료량을 양의 값으로 보정을 해줄시 높은 NOx를 유발하는 경향을 보인다.

MAP 센서 적용시 밸브 오버랩(Valve overlap) 편차에 따른 Emission의 영향은 도 2에 도시된 바와 같다. 밸브 양산품의 편차는 실제의 밸브 오버랩(Valve overlap)에 편차를 가중시켜 동일 MAP값이라 할 지라도 상기 편차에 의한 흡기 효율(Volumetric Efficiency)은 달라져 흡기 효율에 따른 보정이 다르게 적용되는 문제점이 있다.

또한, 현재 MAP 시스템에서는 밸브 타이밍의 편차를 가지고 있는 캠샤프트(Camshaft)의 위치가 CMP(CaMshaft Position) 센서를 가지고는 학습되어질 수 없다. 그래서, 통상 CVVT 시스템을 적용하는 엔진에서는 MAF 센서를 적용하고 있는 것이 현재의 기술이라고 볼 수 있다.

그런데, MAF센서를 적용하는 시스템에 있어서는 상기 언급된 문제점 등을 극복할 수 있지만, 현재 문제가 되는 점들은 In-Line 4 Cylinder 엔진의 특성인 역류(Backflow)에 대한 보정 및 고지에 따른 보정이 제대로 이루어지지 않아 운전성에 영향을 미치고 있다는 점이다. 그리고, MAF센서는 MAP 센서에 비해 가격면에서도 불리하다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, MAP 센서를 적용하는 CVVT시스템에서 캠 샤프트 오프셋과 같은 하드웨어 편차를 학습하여, 밸브 오버랩 편차를 인식하여 밸브 오버랩 편차를 보정할 수 있는 연속가변밸브 타이밍 시스템의 밸브 오버랩 편차 보정 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엠에이피 센서를 이용하여 흡입 공기량을 인식하는 연속 가변 밸브 타이밍 시스템에서 밸브 오버랩 편차 보정 방법에 있어서, 캠샤프트 편차가 없는 밸브를 이용하여 밸브 오버랩 값별로 밸브를 제어한 후 엠에이피 센서에서 측정된 공기압력값과 그에 따른 흡입 공기량을 산출하여 기준 데이터로서 저장하는 과정과; 일정 밸브 오버랩 값에 따라 캠샤프트를 구동시키는 과정과; 상기 캠샤프트 구동후 엠에이피 센서에 의해 공기압력값을 감지하는 과정과; 상기 감지된 공기압력값과 그에 따른 흡입 공기량을 산출하는 과정 과; 상기 일정 밸브 오버랩 값에서의 공기압력값과 흡입 공기량에 대한 기준 데이터를 독출하는 과정과; 상기 밸브 오버랩에서 실측 흡입 공기량과 상기 기준 데이터를 비교하여 밸브 오버랩 편차를 인식하는 과정과; 상기 밸브 오버랩의 편차를 이용하여 밸브 오버랩을 보정하는 과정을 포함하는 것에 의해 달성된다.

여기서, 상기 기준 데이터는 일정 엔진 회전수와 일정 공기압력에서 흡입 밸브의 캠샤프트의 위치 변이(△CAM_IN)와 배기 밸브의 캠샤프트의 위치 변이(△CAM_EX)에 대한 흡입 공기량을 나타내는 기준 흡입 공기량 곡선의 값인 것이 발바람직하다.

상기 보정된 밸브 오버랩을 이용하여 상기 기준 흡입 공기량 곡선에서 흡입 공기량을 산출하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 타이밍 시스템의 밸브 오버랩 편차를 보정하는 것이 효과적이다.

상기 기준 흡입 공기량 곡선에 기초하여 △CAM_IN과 △CAM_EX를 구하여 CAM_IN과 CAM_EX을 조정하는 과정과; CAM_IN과 CAM_EX의 조정 후에 스로틀 밸브를 통과하는 공기량(MAF_THR)과 실린더로 들어가는 공기량(MAF_CYL)을 측정하여 기록하는 과정과 엔진 회전수 단계별로 미리 설정된 다수의 밸브 오버랩 값에서 △CAM_IN과 △CAM_EX의 변화에 의한 공기량 에러를 최소화하는 알고리즘(

)을 수행하여, 에러가 최소인 △CAM_IN과 △CAM_EX를 추출하는 과정과; 엔진 회전수 단계별로 에러를 최소화하는 △CAM_IN과 △CAM_EX로 밸브 오버랩 편차를 인식하는 과정을 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

CVVT 시스템에서 밸브 오버랩은 대략 0°~40°이며, 0°~7°,7°~14°,..,35°~40°와 같이 약 6개의 밸브 오버랩 지점으로 나뉘어, ECU에 의해 제어를 수행한다. ECU는 특정 밸브 오버랩의 지점을 결정하여 캠을 구동시켜 흡기 밸브를 개폐시킨 후 MAP 센서의 감지값에 기초하여 흡입 공기량(MAF)을 산출하고, 흡입 공기량에 따라 연료량을 결정한다.

그런데, 흡기 밸브의 양산 편차에 의해 밸브 타이밍 편차, 즉 밸브 오버랩 편차가 발생하므로, ECU(미도시)는 밸브 오버랩의 편차를 학습해서 캠 샤프트 오프셋(cam-shaft offset)을 인식한다.

ECU는 캠샤프트 오프셋이 '0'인 캠을 이용하여 캠의 위치를 변이함에 따라 실린더(15)로 유입되는 유량과 MAP(공기압력)을 측정하고, 측정 데이터에 의해 MAF 값 3차원 이상곡선을 생성하여 메모리(미도시)에 미리 저장한다. ECU는 실제 MAP값과 3차원 이상곡선의 MAF값을 이용하여, 밸브 오버랩 편차를 추정한다.

도 3a는 흡기 효율성의 변화에 따른 공기압력 변화값의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 3b는 흡입되는 공기압력 변화값과 밸브 오버랩의 편차량의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 3a에서는, 실제 유입되는 공기량은 일정한데 밸브 오버랩 편차가 커질수록 MAP센서에서 감지되는 공기압력 편차가 커짐을 나타내고 있다. 그리고, 도 3b에서는, 밸브 오버랩 편차가 커질수록 MAP센서에서 감지되는 공기 압력 편차가 커짐을 나타내고 있다.

도 4는 캠 샤프트 변이에 대한 공기량을 측정하여 형성한 3차원 이상곡선이 고, 도 5는 일정 엔진 회전수와 일정 밸브 오버랩에서 측정한 MAP값과 3차원 이상곡선을 비교하여 흡입 밸브 및 배기 밸브의 캠샤프트 위치 보정을 나타내는 그래프이다.

도 4는 밸브 오버랩 편차가 없는 이상적인 밸브 장치를 이용하여, 일정 엔진 회전수에서 CAM_IN과 CAM_EX를 변이하여 측정한 MAP센서의 감지값에서 MAF값을 산출하여 생성한 이상적인 MAF값 3차원 이상곡선이다.

일정 밸브 오버랩에서 MAP센서에 의해 감지한 공기압력에 기초하여 산출한 실제 공기량과 도 4의 3차원 이상곡선을 비교하면 밸브 오버랩 편차를 인식할 수 있게 된다.

그리고, 도 5를 참조하면, CAM_IN의 변화에 따른 실제 공기량 에러는 크게 나타나지만, CAM_EX의 변화에 따른 실제 공기량 에러는 작음을 알 수 있다.

따라서, 흡기밸브의 캠 샤프트 편차만을 고려하여 밸브 오버랩 편차를 학습한 결과는 도 6에 도시된 바와 같다.

도 6은 밸브 오버랩 편차 학습 결과 이상적인 흡기 밸브의 캠샤프트 위치와 캠샤프트 오프셋의 비교 그래프이다. 도 4의 이상곡선에 의해 밸브 오버랩을 보정하면 도 6과 같이, 캠샤프트의 각도가 ±2도 내로 줄어들게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 CVVT와 MAP을 이용한 밸브 오버랩 편차 보정 방법의 순서도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, S1단계에서 엔진 회전수(rpm)와 스로틀 밸브 위치와 차속이 일정한 상태(Steady state)인지 판단한다. S1단계에서 각 값이 일정하면, S3단계에서 엔진 회전수(rpm)와 스로틀 밸브 위치 및 밸브 오버랩이 일 정값으로 정의된 설정점에서 일정 시간동안 엔진 회전수(rpm)와 스로틀 밸브 위치값, MAP 센서값을 검출하여 그 평균값을 기록한다.

S5단계에서 설정된 개수의 각 밸브 오버랩에서 실측 MAP 값과 그에 따른 MAF_CYL(실린더로 들어가는 공기량) 값을 산출한다. S7단계에서 현재 밸브 오버랩에서의 메모리에 미리 저장된 이론적인 MAP 값과 그에 따른 MAF_CYL 값을 독출한다. S9단계에서 이론적인 MAP값과 실제 측정된 MAP값을 비교한다. S11단계에서, MAF 3차원 이상곡선에 기초하여 각각의 밸브 오버랩 값에 대해 하기 식을 이용하여, △CAM_IN과 △CAM_EX를 산출한다.

CAM_IN=CAM_IN(mapped)+△CAM_IN,

CAM_EX=CAM_EX(mapped)+△CAM_EX

S13단계에서 각각의 밸브 오버랩 값에서 △CAM_IN과 △CAM_EX으로 밸브 오버랩을 보정한다. 이후에, 보정된 밸브 오버랩 값을 기준으로 MAF값을 제대로 인식할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 CVVT와 MAP을 이용한 밸브 오버랩 편차 보정 방법의 순서도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, S21단계에서 회전수(rpm)와 스로틀 밸브 위치와, 차속이 일정한 상태(Steady state)인지 판단한다. S23단계에서 엔진 회전수와 스로틀 밸브 위치 및 밸브 오버랩이 일정값으로 정의된 설정점에서 일정 시간동안 엔진 회전수와 스로틀 밸브 위치값, MAP 센서값을 검출하여 그 평균값을 기록한다. S25단계에서 RPM 단계별(예를 들어, RPM=1000, 2000, 3000...)로 설정된 개수의 밸브 오버랩값에 대해 실측 MAP값과 그에 따른 MAF_CYL 값을 산 출한다. S27단계에서 현재 밸브 오버랩에서 이론적인 MAP값과 그에 따른 MAF_CYL값을 독출한다. S29단계에서 이론 MAF_CYL값과 실측 MAF_CYL값을 비교한다. S31단계에서 MAP 3차원 이상곡선에 기초하여 모든 밸브 오버랩값에 대해 아래식을 이용하여 △CAM_IN과 △CAM_EX를 구하여 CAM_IN과 CAM_EX의 조합을 조정한다.

CAM_IN=CAM_IN(mapped)+△CAM_IN,

CAM_EX=CAM_EX(mapped)+△CAM_EX

S33단계에서 CAM_IN과 CAM_EX의 조정 후 모든 조합들에 대해 MAF_THR(스로틀 밸브를 통과하는 공기량)과 MAF_CYL(실린더로 들어가는 공기량)을 측정하여 기록한다.

S35단계에서, RPM 단계별로 모든 밸브 오버랩 값에서 △CAM_IN과 △CAM_EX의 변화에 의한 공기량 에러를 최소화하는 알고리즘(

)을 수행하여, 에러가 최소인 △CAM_IN과 △CAM_EX를 산출한다. S37단계에서 RPM 단계별로 공기량 에러를 최소화하는 △CAM_IN과 △CAM_EX로 에러를 보정한다.

이러한 구성에 의하여, MAP센서를 적용한 CVVT 시스템에서 캠샤프트 오프셋과 같은 H/W 편차를 학습함으로서 MAF 시스템과 동일한 운전성 및 MAF와 동일한 정도의 배기가스 효과를 거둘 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, MAP 센서를 적용하는 CVVT시스템에서 캠 샤프트 오프셋과 같은 하드웨어 편차를 학습하여, 밸브 오버랩 편차를 보 정함으로써 MAF 값의 편차를 보정할 수 있게 된다.

Claims

엠에이피 센서를 이용하여 흡입 공기량을 인식하는 연속 가변 밸브 타이밍 시스템에서 밸브 오버랩 편차 보정 방법에 있어서,

캠샤프트 편차가 없는 밸브를 이용하여 밸브 오버랩 값별로 밸브를 제어한 후 엠에이피 센서에서 측정된 공기압력값과 그에 따른 흡입 공기량을 산출하여 기준 데이터로서 저장하는 과정과;

일정 밸브 오버랩 값에 따라 캠샤프트를 구동시키는 과정과;

상기 캠샤프트 구동후 엠에이피 센서에 의해 공기압력값을 감지하는 과정과;

상기 감지된 공기압력값과 그에 따른 흡입 공기량을 산출하는 과정과;

상기 일정 밸브 오버랩 값에서의 공기압력값과 흡입 공기량에 대한 기준 데이터를 독출하는 과정과;

상기 밸브 오버랩에서 실측 흡입 공기량과 상기 기준 데이터를 비교하여 밸브 오버랩 편차를 인식하는 과정과;

상기 밸브 오버랩의 편차를 이용하여 밸브 오버랩을 보정하는 과정을 포함하는, 연속 가변 밸브 타이밍 시스템의 밸브 오버랩 편차 보정 방법.
제1항에 있어서,

상기 기준 데이터는 일정 엔진 회전수와 일정 공기압력에서 흡입 밸브의 캠샤프트의 위치 변이(△CAM_IN)와 배기 밸브의 캠샤프트의 위치 변이(△CAM_EX)에 대한 흡입 공기량을 나타내는 기준 흡입 공기량 곡선의 값인, 연속 가변 밸브 타이밍 시스템의 밸브 오버랩 편차 보정 방법.
제2항에 있어서,

상기 보정된 밸브 오버랩을 이용하여 상기 기준 흡입 공기량 곡선에서 흡입 공기량을 산출하는, 밸브 타이밍 시스템의 밸브 오버랩 편차 보정 방법.
제2항에 있어서,

상기 기준 흡입 공기량 곡선에 기초하여 △CAM_IN과 △CAM_EX를 구하여 CAM_IN과 CAM_EX의 각도를 ±2도 내로 조정하는 과정과;

CAM_IN과 CAM_EX의 조정 후에 스로틀 밸브를 통과하는 공기량(MAF_THR)과 실린더로 들어가는 공기량(MAF_CYL)을 측정하여 기록하는 과정과;

엔진 회전수 단계별로 미리 설정된 다수의 밸브 오버랩 값에서 △CAM_IN과 △CAM_EX의 변화에 의한 공기량 에러를 최소화하는 알고리즘(
)을 수행하여, 에러가 최소인 △CAM_IN과 △CAM_EX를 추출하는 과정과;

엔진 회전수 단계별로 에러를 최소화하는 △CAM_IN과 △CAM_EX로 밸브 오버랩 편차를 인식하는 과정을 더 포함하는, 연속 가변 밸브 타이밍 시스템의 밸브 오버랩 편차 보정 방법.