KR100764494B1

KR100764494B1 - 가변 스월밸브 제어방법

Info

Publication number: KR100764494B1
Application number: KR1020060073012A
Authority: KR
Inventors: 정재윤
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2007-10-09

Abstract

본 발명은 디젤 차량에 장착되어 엔진 출력 성능을 향상시키고 배기가스를 저감시키는 가변 스월밸브를 능동적으로 제어하는 가변 스월밸브 제어방법에 관한 것이다

본 발명은 엔진 시동 온에 따라 가변 스월밸브의 보호 로직모드가 진입된 상태에서 가변 스월밸브의 제어 듀티가 10 미만이거나 90%이상인 경우 가변 스월밸브의 동작 속도를 정상 제어의 1/2 속도로 제어하는 과정, 상기 1/2 속도의 제어 상태에서 제어 듀티가 5%이하이면 가변 스월밸브의 최소 한계치를 5%로 제어하고, 95% 이상인 경우 가변 스월밸브의 최대 한계치를 95%로 제어하는 과정, 가변 스월밸브의 제어 듀티가 10 이상 90% 이하의 조건인 경우 가변 스월밸브의 동작 속도를 정상 제어의 2배로 제어하는 과정, 가변 스월밸브를 정상 속도로 제어하는 상태에서 동작 목표값과 실제값에 편차가 있는 경우 편차 보정을 위해 듀티 제어값을 가감하는 과정 및 편차 보정을 위해 증가되는 듀티 제어값이 한계치에 도달되는 경우 가변 스월밸브의 고착으로 판정하여 듀티 제어값의 출력을 차단하는 과정을 포함한다.

가변 스월밸브, 듀티 제어, 보호 로직, 한계치

Description

가변 스월밸브 제어방법{VARIABLE SWIRL VALVE CONTROL METHOD ON VEHICLE}

도 1은 차량에 적용되는 가변 스월밸브 제어장치의 개략적인 구성도이다.

도 2는 도 1에 도시된 가변 스월밸브 제어장치에서 구동부의 기어 결합구조를 도시한 도면이다.

도 3 및 도 4는 종래의 가변 스월밸브 제어장치에서 구동부내의 기어 파손 상태를 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명에 실시예에 따른 가변 스월밸브 제어의 동작 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 흡기 매니폴더 3 : 제1흡기포트

5 : 제2흡기포트 7 : 가변 스월밸브

9 : 구동부 11 : 제어부

본 발명은 디젤 차량에 장착되어 엔진 출력 성능을 향상시키고 배기가스를 저감시키는 가변 스월밸브를 능동적으로 제어하는 가변 스월밸브 제어방법에 관한 것이다.

강화되는 배기규제에 대응하기 위해 동일한 연료 분사장치 및 엔진 본체에 대해 연소성능을 향상시키기 위한 부가장치를 적용한 배출가스 저감장치가 지속적으로 개발 및 적용되고 있는데, 이 중에서 유로-4 배기규제 대응을 위해 양산중인 차량에 적용 중인 대표적인 장치가 가변 스월밸브 장치이다.

가변 스월밸브 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 흡기 매니폴드(1)의 각 실린더별 흡기포트를 제1흡기포트(3)와 제2흡기포트(5)로 이루어지도록 2개의 흡기포트로 구성하고, 이 중 어느 한 개의 흡기포트에 가변 스월밸브(7)가 장착된다.

그리고, 상기의 가변 스월밸브(7)는 엔진 제어수단인 제어부(11)의 듀티 제어신호에 따라 동작되며, DC 모터로 이루어지는 구동부(9)에 의해 개방 혹은 폐쇄된다.

상기 제어부(11)는 엔진의 운전영역 및 작동조건에 따라 구동부(9)를 통해 가변 스월밸브(7)를 개방 및 폐쇄하여 스월계수 및 유량계수를 조절함으로써, 연소성능을 향상시켜 배출가스를 저감시킨다.

즉, 상기 제어부(11)는 엔진의 운전 영역이 중, 저속의 저부하 영역인 경우 가변 스월밸브(7)를 폐쇄하여 각 실린더에서의 스월계수를 증대시키며, 이에 따라 연소 특성이 향상되어 배출가스의 저감이 실행되도록 한다.

또한, 운전 영역이 고속 고부하 영역인 경우 가변 스월밸브(7)를 개방시켜 각 실린더로의 유량 및 급기량을 증대시켜 엔진의 출력 향상이 제공되도록 한다.

상기한 가변 스월밸브(7)를 제어함에 있어 개방 및 닫힘의 동작에 신속한 응답성을 제공하기 위하여 구동부(9)를 DC 모터로 적용하고 있다.

상기 구동부(9)는 도 2에 도시된 바와 같이, 도시되지 않은 DC 모터의 회전축에 결합되는 제1기어부(9A)와 제1기어부(9A)와 피니언 결합되어 가변 스월밸브(7)를 작동시키는 제2기어부(9B)로 구성된다.

상기 구동부(9)를 DC 모터로 적용함에 따라 가변 스월밸브(7)가 저속 저부하 영역에서 완전히 닫혀 있다가 가속구간에서 출력향상을 위해 갑자기 열리는 경우 특별한 보정 및 안전 제어로직이 적용되어 있지 않음으로 인해 가변 스월밸브(7)의 작동 관성이 구동부(9)를 구성하는 DC 모터의 힘을 이겨내는 현상이 발생된다.

따라서, DC 모터는 전기적으로 제어되는 구간을 벗어나 기계적 구조의 스토퍼(Stopper) 부분을 지속적으로 때리게 되며, 이로 인하여 도 3의 "A" 및 도 4의 "B" 부분과 같이 DC 모터 내부의 기어부가 피로 파괴되는 부작용이 발생한다.

또한, 가변 스월밸브(7)가 외부의 간섭이나 내부 이물질 등의 유입으로 인해 고착된 경우 가변 스월밸브(7)의 작동에 있어 목표값과 실제값에는 차이가 발생하게 된다.

이에 따라 제어부(11)는 상기한 편차를 극복하기 위해 듀티값을 일정하게 가감시키게 된다.

상기의 듀티값 증가는 비례미분적분(PID)값 중에서 적분 이득값에 의해 대부분 이루어지는데, 상기의 적분 이득값에 한계치를 설정하지 않을 경우 고착상태가 지속되는 경우 듀티가 최대치인 100%까지 도달하게 되며, 이 경우 3A 이상의 과전류가 모터에 흐르게 되어 모터가 소손되어지는 문제점이 발생한다.

따라서, 상기한 바와 같이 모터 기어부의 파손 및 모터의 소손으로 인하여 가변 스월밸브의 제어가 정상적으로 이루어지지 못하게 되어 엔진 성능 저하 및 배출가스를 규제치 대비 200% 까지 악화시키게 되는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 가변 스월밸브를 제어하는 듀티값의 최소 및 최대치를 제한하여 DC 모터의 작동으로 가변 스월밸브가 개폐되는 과정에서 기계적 구조의 스토퍼와 접촉되는 현상이 발생되지 않도록 한 것이다.

또한, 가변 스월밸브를 제어하는 듀티값이 설정된 일정값 보다 작거나 클 경우 가변 스월밸브의 개폐 속도를 저속으로 제어하여 가변 스월밸브가 개폐되는 과정에서 기계적 구조의 스토퍼와 접촉되는 현상이 발생되지 않도록 한 것이다.

또한, 가변 스월밸브의 제어에서 목표값과 실제값의 편차가 항상 일정하게 유지되는 경우 한계치를 설정하여 기계적 구조의 스토퍼와 접촉되는 현상이 발생되지 않도록 한 것이다.

따라서, 기어부의 피로 파괴 및 과전류에 의한 모터 소손이 발생되지 않도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 엔진 시동 온에 따라 가변 스월밸브의 보호 로직모드가 진입된 상태에서 가변 스월밸브의 제어 듀티가 10 미만이거나 90%이상인 경우 가변 스월밸브의 동작 속도를 정상 제어의 1/2 속도로 제어하는 과정; 상기 1/2 속도의 제어 상태에서 제어 듀티가 5%이하이면 가변 스월밸브의 최소 한계치를 5%로 제어하고, 95% 이상인 경우 가변 스월밸브의 최대 한계치를 95%로 제어하는 과정; 가변 스월밸브의 제어 듀티가 10 이상 90% 이하의 조건인 경우 가변 스월밸브의 동작 속도를 정상 제어의 2배로 제어하는 과정; 가변 스월밸브를 정상 속도로 제어하는 상태에서 동작 목표값과 실제값에 편차가 있는 경우 편차 보정을 위해 듀티 제어값을 가감하는 과정 및; 편차 보정을 위해 증가되는 듀티 제어값이 한계치에 도달되는 경우 가변 스월밸브의 고착으로 판정하여 듀티 제어값의 출력을 차단하는 과정을 포함하는 가변 스월밸브 제어방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명이 적용되는 가변 스월밸브 제어장치는 전술한 종래의 구조와 동일 내지 유사하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 5는 본 발명의 따라 가변 스월밸브를 제어하는 일 실시예의 동작 흐름도로, 이를 참조하여 본 발명의 제어에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

엔진의 시동이 오프를 유지하는 상태에서 제어수단은 크랭크 각 센서 등의 검출센서를 통해 현재의 엔진 회전수를 검출하여(S101) 엔진 회전수가 500RPM 이상으로 검출되는 시동 온 조건을 만족하는지 판단한다(S102).

엔진의 시동 온 조건이 만족되면, 즉 엔진 회전수가 500RPM 이상으로 검출되면 가변 스월밸브 보호모드로 진입한다(S103).

상기 가변 스월밸브의 보호 모드는 엔진 시동 온이 검출된 직후부터 엔진의 시동이 오프되기전까지 모든 운전 영역에서 작동한다.

상기와 같이 가변 스월밸브 보호 모드에 진입되면 현재의 운전 영역에서 제어되고 있는 가변 스월밸브의 제어 듀티값을 판단한다(S104).

상기 S104의 판단에서 제어 듀티값이 가변 스월밸브의 개방 제어 초기값으로 제어되는지, 즉 10% 미만의 듀티 신호로 출력되는지 판단한다(S105).

상기 S105의 판단에서 가변 스월밸브의 개방 제어 초기값로 판단되면 가변 스월밸브를 제어시키는 속도신호가 100%/sec 보다 빠르고, 가변 스월밸브를 개방시키고자 하는 듀티신호가 지속적으로 출력되고 있는지를 판단한다(S106).

상기 S106의 판단에서 가변 스월밸브를 개방시키고자 하는 듀티신호가 지속적으로 출력되는 상태이면 제어수단은 일반적인 제어구간과 다른 비례미분적분 듀티의 속도로 가변 스월밸브를 서서히 개방한다(S107).

상기 S107에서 가변 스월밸브의 개방을 위한 제어 듀티는 일반적인 듀티의 50%/sec로 출력한다.

상기 S107의 제어에 따라 가변 스월밸브의 개방이 진행되는 상태에서 제어수단은 가변 스월밸브의 제어 듀티가 최소값, 바람직하게는 5% 이하로 검출되는지 판단한다(S108).

상기 S108의 판단에서 가변 스월밸브의 제어 듀티가 최소값 이하로 출력되는 상태이면 제어 듀티값 5%를 하한치로 고정하는 제한 제어를 수행함으로써, 가변 스월밸브가 개방되어지는 과정에서 기계적인 구조의 스토퍼와 큰 토크로 접촉되는 것을 방지한다(S109).

또한, 상기 S105에서 가변 스월밸브의 개방 제어 듀티가 아닌 것으로 판단되 면 가변 스월밸브의 폐쇄 제어 초기값으로 제어되는지, 즉 90% 이상의 듀티 신호로 출력되는지 판단한다(S110).

상기 S110의 판단에서 가변 스월밸브의 폐쇄 제어 초기값으로 판단되면 가변 스월밸브를 제어시키는 속도신호가 100%/sec 보다 빠르고, 가변 스월밸브를 폐쇄시키고자 하는 듀티 신호가 지속적으로 출력되고 있는지를 판단한다(S111).

상기 S111의 판단에서 가변 스월밸브를 폐쇄시키고자 하는 듀티 신호가 지속적으로 출력되고 있는 상태이면 제어수단은 일반적인 제어구간과 다른 비례미분적분 듀티의 속도로 가변 스월밸브를 서서히 폐쇄 제어한다(S112).

상기 S112에서 가변 스월밸브의 폐쇄를 위한 제어 듀티는 일반적인 듀티의 50%/sec로 출력한다.

상기 S112의 제어에 따라 가변 스월밸브의 폐쇄가 진행되는 상태에서 제어수단은 가변 스월밸브의 제어 듀티가 최대값, 바람직하게는 95% 이상으로 검출되는지 판단한다(S113).

상기 S113의 판단에서 가변 스월밸브의 제어 듀티가 최대값 이상으로 출력되는 상태이면 제어 듀티값 95%를 상한치로 고정하는 제한 제어를 수행함으로써, 가변 스월밸브가 폐쇄되어지는 과정에서 기계적인 구조의 스토퍼와 큰 토크로 접촉되는 것을 방지한다(S114).

즉, 제어 듀티신호가 가변 스월밸브의 개방 초기값인 10% 미만이거나 폐쇄 초기값인 90% 이상인 구간에서는 듀티 제어신호를 50%/sec로 설정하여 밸브 각속도를 줄임으로써 가변 스월밸브의 관성을 줄여 오버슈트(overshoot) 또는 언더슈 트(undershoot)에 의해 기계적인 스토퍼 부분과 큰 토크로 접촉되는 것을 방지한다.

이와는 별도로, 가변 스월밸브의 제어는 엔진회전수, 연료량, 냉각수온 등의 인자에 의해 결정되므로, 각 입력신호의 변동에 따라서 0 ~ 100% 사이의 듀티변동이 발생하는데, 연산되어 출력되는 최종 듀티값을 최소 한계치 5%이상 최대 한계치 95%이하로 제한함으로써, 이중보완을 수행한다.

또한, 상기 S110의 판단에서 가변 스월밸브의 폐쇄 제어 듀티가 아닌 것으로 판단되면, 제어 듀티가 10% 이상 90% 이하의 범위에서 동작되는 상태이므로, 엔진에 대한 신속한 응답성을 확보하기 위한 일반적인 제어모드로 수행한다(S115).

이때, 가변 스월밸브를 작동시키는 제어 듀티는 200%/sec로 제어되어 가변 스월밸브의 신속한 응답성이 확보되도록 한다.

상기와 같이 10% 이상 90% 이하의 제어 듀티로 가변 스월밸브를 작동시키는 과정에서 가변 스월밸브 개폐의 실제값과 목표값을 비교하여 편차가 존재하는지를 판단한다(S116).
개폐 동작되는 가변 스월밸브의 제어 목표값과 실제값에 편차가 있는 상태이면 이를 극복하기 위하여 적분계수값을 증가시키는 방법으로 듀티 제어값을 일정값 만큼씩 가감시킨다(S117).

즉, 듀티 신호가 10% 이상 90% 이하의 일반 제어구간에서 목표값과 실제값에 편차가 발생하는 경우 이를 극복하기 위해 듀티 제어값을 일정값씩 가감시켜, 실제값이 목표값을 추종하도록 한다.

상기와 같이 적분 계수값을 증가시키는 방법을 통해 듀티 제어값을 가감시켜 제어하는 과정에서 적분계수의 이득이 40% 이상으로 검출되는지 판단한다(S118).

상기에서 적분계수의 이득이 40% 이상으로 검출되면 가변 스월밸브의 고착으로 판정하여 듀티 제어신호의 출력을 차단시킨다(S119)(S120).

즉, 가변 스월밸브가 고착된 경우에는 지속적인 듀티 제어값의 가감에도 불구하고 목표값과 실제값의 편차가 극복되지 않게 되므로, 제어수단은 듀티 제어값을 한계값 까지 과다하게 증가시키게 되고, 이에 따라 모터에는 한계값인 3A 이상의 과전류가 인가된다.

모터에 한계값을 초과한 과전류가 장시간 인가될 경우 모터의 과열로 인한 회로 및 기판 손상 또는 모터 소손이 발생한다.

따라서, 본 기술에서는 편차 보정을 위한 가감신호에 한계치, 바람직하게는 40%의 한계치를 설정하여 일정하게 증가되던 듀티 제어값이 한계치에 도달했음에도 불구하고 실제값과 목표값의 편차가 극복되지 않으면 밸브가 고착된 상태라고 판정하고 듀티신호의 출력을 오프 시킴으로써 불필요한 과전류 인가에 의한 모터 손상을 방지한다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 디젤 차량에 적용되어 엔진 성능의 향상과 배출가스 저감을 제공하는 가변 스월밸브를 안정되게 제어함으로써, 차량의 운행에 신뢰성을 제공한다.

Claims

엔진의 시동 온이 검출되면 가변 스월밸브 보호 모드를 시작하는 과정;

가변 스월밸브의 제어 듀티를 판독하여 개방 초기 제어 혹은 폐쇄 초기 제어인지 판단하는 과정;

제어 듀티가 가변 스월밸브의 개방 초기 제어 혹은 폐쇄 초기 제어인 것으로 판단되면 가변 스월밸브의 제어 듀티가 지속적으로 출력되는 상태인지 판단하는 과정;

가변 스월밸브의 제어 듀티가 지속적으로 출력되는 상태이면 가변 스월밸브의 작동 속도를 정상 속도의 1/2로 제어하는 과정;

개방 혹은 폐쇄 제어의 듀티값이 설정된 최소 한계치 이하 혹은 최대 한계치 이상인지 판단하는 과정;

개방 제어 듀티값이 최소 한계치 이하이면 모터에 인가하는 제어 듀티를 하한치로 제한하고, 폐쇄 제어 듀티값이 최대 한계치 이상이면 모터에 인가하는 제어 듀티를 상한치로 제한하는 과정을 포함하는 가변 스월밸브 제어방법.
제1항에 있어서,

상기 가변 스월밸브의 제어 듀티가 개방 제어 혹은 폐쇄 제어의 실행중인 상태이면 실제값과 목표값의 편차가 있는지 판단하는 과정;

상기 실제값과 목표값에 편차가 없으면 가변 스월밸브의 정상을 판정하고, 편차가 있으면 편차 보정을 위해 제어 듀티를 가감하는 과정;

상기 편차 보정을 위해 증가되는 제어 듀티값이 설정된 한계치에 도달되면 가변 스월밸브의 고착으로 판정하여 제어 듀티의 출력을 오프하는 과정을 더 포함하는 가변 스월밸브 제어방법.
제1항에 있어서,

상기 가변 스월밸브의 보호 모드는 엔진 시동 직후부터 엔진 시동이 오프되는 시점까지 실행하는 가변 스월밸브 제어방법.
제1항에 있어서,

상기 가변 스월밸브의 개방 초기 제어는 제어 듀티가 10% 미만 경우에 대하여 판정하는 가변 스월밸브 제어방법.
제1항에 있어서,

상기 가변 스월밸브의 폐쇄 초기 제어는 제어 듀티가 90% 이상인 경우에 대하여 판정하는 가변 스월밸브 제어방법.
엔진 시동 온에 따라 가변 스월밸브의 보호 로직모드가 진입된 상태에서 가변 스월밸브의 제어 듀티가 10 미만이거나 90%이상인 경우 가변 스월밸브의 동작 속도를 정상 제어의 1/2 속도로 제어하는 과정;

상기 1/2 속도의 제어 상태에서 제어 듀티가 5%이하이면 가변 스월밸브의 최소 한계치를 5%로 제어하고, 95% 이상인 경우 가변 스월밸브의 최대 한계치를 95%로 제어하는 과정;

가변 스월밸브의 제어 듀티가 10 이상 90% 이하의 조건인 경우 경우 가변 스월밸브의 동작 속도를 정상 제어의 2배로 제어하는 과정;

가변 스월밸브를 정상 속도로 제어하는 상태에서 동작 목표값과 실제값에 편차가 있는 경우 편차 보정을 위해 듀티 제어값을 가감하는 과정 및;

편차 보정을 위해 증가되는 듀티 제어값이 한계치에 도달되는 경우 가변 스월밸브의 고착으로 판정하여 듀티 제어값의 출력을 차단하는 과정을 포함하는 가변 스월밸브 제어방법.